JPS6030153A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体基板上に形成される上部膜構造の改善
された半導体装置に関するもので、特に金属膜からなる
多層配線を有する半導体装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来の多層配線構造を有する半導体装置の眉間絶縁膜お
よびファイナルパッシベーション膜の形成技術のひとつ
として、塗布絶縁膜およびポリイミド系樹脂膜を使用し
たものがある。次にその一例を簡単に説明する。

まず、第１図に示す・ように、周知の手法を用いて、半
導体基板１１上の例えばシリコン酸化膜等の第１絶縁膜
１２上にアルミニ６ム合金からなる第１金屑配線層１３
を形成する。次に、下層となる第１金属配線層１３が耐
えられる温度範囲で行なわれるプラズマＣＶＤ　（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
を用すて主層間絶縁膜となる約０．８μｍの膜厚のプラ
ズマシリコン窒化膜１４を堆積形成する。続いてき、フ
０ラズマシリコン窒化膜１４表面の段差を解消する目的
で、副層間約縁膜として約０．６μｍの膜厚の例えば商
品名ＯＣＤ■（但し■は商品名を示す）等の８１０２系
樹脂被膜（以下シリカフィルムと称す）１５を塗布し、
熱処理によ勺硬化させる。

次いで、例えばＲＩＥ　（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いた通常のリングラフィ技術を
用いて、第２図に示すように上記主副層間絶縁膜すなわ
ちプラズマシリコン窒化膜１４とシリカフィルム１５　
（ＤｌａＮＫヲ”ターニングし、スルーホール等を形成
し、パターニングに用いたレジスト膜を０２７’ラズマ
で除去する。

最後に第３図に示すように通常の手法によシ、純アルミ
ニウムよシなる第２金属配線層１６を形成した後、この
基板の上面全面にポリイミド系樹脂溶液をスピンコード
し、熱処理によシ硬化させファイナルＡ’ツシペーショ
ン膜として膜厚が約２．０μのポリイミド系樹脂膜１７
を形成する。そして、抱水ヒドラゾン系エツチング液を
用いた通常のりソグラフイ法を用いてこのポリイミド系
樹脂膜１７を・ぐターニングしボンディング・セット部
等を開孔する。その後、例えば有機系レジスト剥離液に
よシ上記・母ターニングに用いたネがレジストを剥離踵
最終熱処理を施す。

〔背景技術の問題点〕

上記のような２層以上の金属配線層を有する半導体装置
においては次のような問題があった。

まず、金属配線層間の絶縁膜としては、下層のアルミニ
ウムを主成分とする金属配線層が耐えられるように、比
較的低温で形成可能なプラズマ法によシリコン酸化膜１
４を主層間膜として形成する。ところがこのプラズマＣ
ＶＤ法によ）形成された膜には、その下地の段差部に起
因して第１図のａで示すようにかなシ急峻な段差構造が
形成される。・・このような急峻な段差構造を有する膜
表面に第２層目の金属配線層を形成すると、上記段差構
造部分で第２層目の金属配線層が段切れを起こす恐れが
あるため、表面平坦化を図る目的で、前述のようにシリ
カフィルム１５を副層間約縁膜として塗布形成し、この
副層間絶縁膜上に第２金属配線層１６を形成してしる。

しかしながらこのような副層間約縁膜を使用すると基板
の表面に形成するファイナル・ヤツシペーション膜とし
て、耐湿性、不純物阻止性、耐傷性等の機械的強度の点
で優れた例えばＳｉ３Ｎ４等のような硬質な無機系絶縁
物からなるノやツシペーション膜を使用することができ
ず、弾性、伸び率の高い例えばｒリイミド系樹脂等の有
機系樹脂膜しか使用できなかった。

これは、副層間約縁膜として形成したシリカフィルムノ
５が無機系絶縁膜に比らべ、軟質であシ、加えて無機系
絶縁膜との密着性が悪いため、このような軟質の有機系
樹脂絶縁膜上に硬質の無機絶縁膜を形成すると、上部の
無機絶縁膜が動き易く、膜に加わるストレスによりクラ
ックが発生し易くなるからである。特に、半導体チップ
をモールド封止する際のモールド樹脂の温度変化によっ
てパッシベーション膜にストレスが加わシフラックが発
生し易く、このようにクラックが発生したノぐツシペー
ション膜では耐湿性、不純物イオン阻止能力等の著しい
劣化がみられる。

また、同様の理由から、３層以上の金属配線層を有する
装置では、第２層目以上の層間絶縁膜として硬質且つ無
機質の絶縁膜を使用できない。もし、使用した場合には
、軟質の副層間絶縁膜上に第１の金属配線層を挾んで形
成された無機質の眉間絶縁膜が外部からのストレスによ
シ動き、この無機質の層間絶縁膜にクラックが入シ、さ
らＫこのクジツクがこの無機質の層間絶縁膜上に形成さ
れた第２の金属配線層にまで達して配線不良を引き起こ
す等の不都合を招く。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、パッ
シベーション膜および眉間＋１ｇへのクラックが低減さ
れ、これらの膜として耐湿性、耐腐蝕性、アルカリイオ
ン阻止力および機械的強度等の点で優れた硬質無機系絶
縁膜を備えた半導体装置を提供し、装置の歩留りおよび
信頼性の向上を図ろうとするものである。

〔発明の概要〕

すなわちこの発明に係石半導体装置では、絶縁膜等を介
し下層の配線層等の適宜形成された半導体基板の上部に
主層間Ｐ３縁膜として硬質の第１無機絶縁膜を形成し、
さらにこの第１無機絶縁膜上に表面平坦化を目的として
有機系或いは無機系の塗布絶縁膜を形成し、この塗布絶
縁膜上に配線層を形成した後、この配線層をマスクとし
て上記塗布絶縁膜の露出部分をエツチングによシ除去す
る。そして、この基板上に第２の層間絶縁膜或いはファ
イナルパッシベーション膜として第２の硬質無機絶縁膜
を形成したものである。このような構成にすると、第２
の硬質絶縁膜が上記塗布絶縁膜と配線層との債層構造部
を挾んで第１の無機絶縁膜に密着性および安定性良く固
定され、Ｈ々へのクシツクの発生の恐れがないため、硬
質無機絶縁膜による信頼性の高い多層配線構造を形成す
ることができる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照してこの発明の一実施例につき説明する
。第４図において、まず表面に適当なパターンのシリコ
ン酸化膜等の第１絶縁膜１２の形成された半導体基板１
１上に、通常の手法によシ厚さ１．０μｍのアルミニウ
ム・シリコン合金からなる第１金属配線層ノ３を形成し
た後、プラズマＣＶＤ法（例えば条件は、がス流邦。

Ｓ　ｉ　Ｈ４／ＮＨ５＝　６０　／　３０８ＣＣＭ　、
キャリアがスＡｒ＝　７００　ＳＣＣＭ　、圧力８７Ｐ
ａ、温度３２０℃、　ＲＦ出力３２０　ｍＡ　）によシ
、主層間絶縁膜となる約０，８μｍの膜厚のプラズマシ
リコン窒化膜２θを堆積し、続いてシリカフィルム塗布
液をスピンコード法によシ塗布する。その後、例えば１
００℃３０分の乾燥処理、例えば３００℃４０分のガラ
ス化熱処理、および例えば４００℃４０分の焼成処理を
順に行い、上記主層間絶縁膜上に副層間絶縁膜となる膜
厚が約０．６μｍのシリカフィルム２ノを形成する。こ
こで、とのシリカフィルム２１は、硬化前は液状で下地
膜となるプラズマシリコン窒化膜（主層間絶縁膜）２０
の表面の凹凸を埋め込むため、その表面はかなり平坦な
ものとなる。尚、この副層間絶縁膜はシリカフィルム等
の無機系絶縁Ｍ４＃脂膜でもよいし、ポリイミド樹脂・
等の有機系絶縁樹脂膜でもよい。

次に第５図に示すようにＲＩＥ法（例えば条件はガス流
量Ｈ２／ＣＦ４　＝　１０／２０　ＳＣＣＭ　、　ＲＦ
出力４００Ｗ。

圧力１．３　Ｐａ　、エツチング選択比；シリカフィル
ム／プラズマＳ　ｉ　５Ｎ４　＝　１／１　）を用いた
通常のリソグラフィ技術を用いて、上記上、副層間絶縁
膜に開口部を形成し、その後、上記リングラフィに用い
たフォトレジストを例えば０２分圧１３０Ｐａ　。

ＲＦ出力３５０Ｗの０２７°ラズマエツチングによす除
去する。

その後、０．５％の希ふつ酸溶液によ）、上記シリカフ
ィルム２１表面を粗面化処理する＠続いて、電子ビーム
加熱式蒸着装置を用いて、例えば蒸着条件が初期真空度
２．６６　ｘ　１０　Ｐａ＋　ｚａ肩待時真空度６００
Ｘ　１Ｏ−３Ｐａ　、蒸着速度２００Ｘ／分の蒸着によ
シ純アルミニウム膜を形成し、この純アルミニウム膜上
に所定ノ９ターンの図示しないフォトレゾスト膜を形成
し、アルミニウムエツチング液（例えばＨ３ＰＯ４：Ｃ
Ｂ５Ｃ０ＯＨ：ＨＮｏ２　：Ｂ２０　＝５０：１０：２
：３）でエツチングし、さらに有機系エツチング液でフ
ォトレジストを剥離し、第２金属配線層１６を形成する
。

次に１％６図に示すように上記第２金月配線層１６をエ
ツチングマスクとして第２金属配線層１６が形成されて
いない露出した部分のシリカフィルム２１をＲＩＥ法（
例えば条件は、ガス流量Ｈ２／ＣＦ４＝　１６／２２　
ＳＣＣＭ　、　ＲＦ出力５００Ｗ、圧力１．３　Ｐ　ａ
　＊エツチング選択比；シリカフィルム／７″ラズマＳ
　１３Ｎ４　＝　９／１）にょシ選択的に除去する。

最後に、第７図に示すようにプラズマＣＶＤ法（例えば
条件はガス流量Ｓ　Ｉ　Ｈ４／ＮＨ５＝　６０Ａ　００
ＳＣＣＭ　。

キ’ｒ　！Ｊ　７１Ｊ’　スＡｒ＝７００　ｓＣＣＭ　
、圧力８７　Ｐ　ａ　ｒ　温度３２０℃、　ＲＦ出力３
２０　ｍＡ−）にょ如、基板表面に約１．０μｍの膜厚
のプラズマシリコン窒化膜２２をファイナル／４ツシペ
ーシヨン膜として堆積形成する。その後、フォトレゾス
トを用いた通常のフォトリングラフィ技術を用いて、ｃ
ＶＤ法（例えば条件はカス流量Ｃ’Ｆ４１０２＝４００
／１５０ｓｅｃＭ　。

マイクロ波出力３３０Ｗ、圧力４３　Ｐａ）にょシ上記
ノ平ツシベーション膜にがンディングパッド部用等の開
口部を形成する。

尚、上記実施例では、２層の金属配線層を形成し、ファ
イナル・ぐツシペーション膜として硬質無機絶縁膜とし
て７″２ズマシリコン窒化膜を形成する場合につき述べ
たが、これは、３層以上の金属配線層を形成する場合に
も適用できる。

その場合忙は、上記実施例と同様に第１金属配線層の形
成された基鈑上に硬質無機絶縁膜および表面平坦化を目
的とした塗布絶縁膜をｖＪ１層目の層間絶縁膜として積
層形成した上に第２金属配線層を形成し、この第２金属
配線層をマスクとして塗布絶縁膜を選択エツチングする
。その後、第２層目の層間絶縁膜として、上記第１層目
の層間絶縁膜と同様の構造の第２の硬質無機絶縁膜およ
び第２の塗布絶縁膜を形成し、第３金属配線層を形成す
る。

〔発明の効果〕

以下に本発明による半導体装置の具体的な効果を説明す
る。

■　ファイナルノぐツシペーション膜或いは３層以上の
金属配線層を有する装置の層間絶縁膜として、プラズマ
シリコン窒化膜等の硬質無機絶縁膜を使用できる。すな
わち、金属配線層上に形成する眉間絶縁膜或いはファイ
ナルパッシベーション膜がシリカフィルム等の軟質の無
機系樹脂膜或いはポリイミド系樹脂等の有機系樹脂膜を
介さずに下層のプラズマシリコン窒化膜等の硬質無機絶
縁膜を゛基盤として被着されるため、モールド樹脂の温
度変化等によるストレスを受けても、上記層間絶縁膜や
ファイナルパッシベーション膜にクラックが発生する恐
れが極めて小さいためである。

第８図には、順にシリコン窒化膜およびシリカフィルム
の積層膜からなる複合層間絶縁膜を有するものにファイ
ナルパッシベーションＩｌｉ！して膜厚が約１．０μｍ
のプラズマシリコン電化膜を形成した従来の多層配線構
造を有するペレットにフェノール系樹脂（ＭＰ　３００
０　ｘ　２■）でモールドした装置と、上記発明の実施
例の項で説明したような多層配線Ｍｌ造を有するものに
ファイナルパッシベーション膜として約１．０μｍのプ
ラズマシリコン窒化膜を形成したペレットに上記と同様
のフェノール系樹脂でモールドした本発明による装置と
に、＋１５５℃→５５℃の温度変化を１サイクルとする
ＴＣＴ　（熱サイクル試験）を行った結果を示す。この
ＴＣＴの結果から明らかなように、従来の装置ではＴＣ
’ｌ’が２０サイクル以上行なわれると装置の１００％
にパッシベーション膜のクラックが発生したが、本発明
によるものでは６０サイクルの試験を行っても全くクラ
ックがみられず、装置の歩留りおよび信頼性が著しく改
善された。

■　ｇ９図にハ、ファイナルパッシベーション膜として
膜厚が約２．０μｍの４９１Ｊイミド系樹脂膜を有する
従来のペレットと、膜厚が約１．０μｍのプラズマシリ
コン窒化膜を有する本発明のペレットとをそれぞれフェ
ノール系樹脂（ＭＰ３０００ｘ２■）でモールドした試
料を作製し、２．５気圧水蒸気中、２０時間のＰＣＴ　
（飽和水蒸気中放置試験）→８５℃、−１５Ｖ、２０時
間のＢＴ　（バイアス温度試験）を１サイクルとする信
頼性試験を行った結果を示す。この第２図の結果から明
らかなように、ポリイミド系樹脂膜をノぐツシペーショ
ン膜として有する従来の装置では、試験サイクル数の増
加に伴い装置の不良率が増加したが、プラズマシリコン
ｆｆ１（［１）やツシペーションｉト−ｔ−る本発明に
よるものでは、上記試験による不良は全く発生せず、信
頼性が極めて高いものである。

すなわち、本発明によるものでは、例えばプラズマシリ
コン窒化膜等の硬質無機絶縁膜をファイナルノヤツシペ
ーション膜として使用できるため、従来の装置に比らべ
耐湿性、アルカリイオン阻止性、耐腐蝕性等の耐項境住
に優れてＪ、、−シ、さらに組み立て工程等における耐
傷性等の機械的強度にも優れたものである。

■　さらに本発明による装置は、従来の製造工程に金属
配線層をマスクとした塗布絶縁膜のエツチング工程を加
えるだけで製造できるため、製造工程の煩雑さを招く恐
れもない。

以上のように本発明によれば、製造工程の煩雑さを招く
こと々くパッシベーション膜および眉間絶縁膜へのクラ
ックが低減され、これらの・母ツシペーション欣および
層間絶縁膜として耐湿性、耐腐蝕性、アルカリイオン阻
止力および機械的強度等の点で優れた硬質無機絶縁膜を
備えた半導体装置を提供でき、歩留りおよび信頼性の向
上を図ることができる。

尚、上記実施例では、配線層がアルミニウムを主成分と
する金属である場合につき述べたが、これはアルミニウ
ム系金属に限らず例えばシリコン等を主成分とする他の
ものでもよく、マた、・やツシペーション膜や主層間絶
縁膜もプラズマシリコン窒化膜に限らず例えばシリコン
酸化膜を主成分とする硬質無機絶縁膜でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の半導体装置を製造過程と共に
示す断面図、第４図乃至第７図は本発明の一実施例に係
る半導体装置を製造過程と共に示す断面図、第８図は本
発明および従来の装置に対するＴＣＴサイクル試験の結
果を示すグラフ、第９図は本発明および従来の装置の信
頼性試験（ＰＣＴ　＋ＢＴ）の結果を示すグラフである
。 １ノ・・・半導体基板、１２・・・第１絶縁膜、１３・
・・第１金属配線層、１６・・・第２金属配線層、２０
・・・プラズマシリコン窒化膜（主層間絶縁膜）、２ノ
・・・シリカフィルム（ＩｉｌＪ層間絶縁膜）、２２・
・・グラズマシリコン窒化１［ＩＥ（フアイナルパツシ
ベーシヨン膜り第１図 第２図 １１：１ 第３図 第４図 ３ 第５図 第６同 第　７　図 第８図 ０１０２０３０４０５０６０ ＴＣＴ　ガイクル数 第９０ ０　１０　２０　３０　４０ ６式°、がたカグル（ダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１半導体基板の上部に形成された第１無機絶縁膜と
   、この第１無機絶縁膜上に形成された所定パメーンの塗
   布絶縁膜と、この塗布絶縁膜上に形成された配線層と、
   この配線層を覆って形成された硬質の第２無機絶縁膜と
   を具備し、上記塗布絶縁膜の上記配線層により覆われて
   いない部分は除去されて上記第１および第２無機絶縁膜
   は直接接乃虫していることを％徴とする半導体装置。 （２）上記配線層が金属配線層であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 （３）上記第２無機絶縁膜がファイナルパッシベーショ
   ン膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の半導体装置。 （４）上記第２無機絶縁膜が層間絶縁膜であることを特
   徴とする特許請求の範１２［１項乃至第３攻込ずれか記
   載の半導体装置。 （５）上記塗布絶縁膜は無機系胎緑樹脂膜であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項いずれか記
   載の半導体装置。 （６）　上記塗布絶縁膜は有機系Ｐ３緑樹脂膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項いずれ
   か記載の半導体装置。