JP2687709B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2687709B2
JP2687709B2 JP2286125A JP28612590A JP2687709B2 JP 2687709 B2 JP2687709 B2 JP 2687709B2 JP 2286125 A JP2286125 A JP 2286125A JP 28612590 A JP28612590 A JP 28612590A JP 2687709 B2 JP2687709 B2 JP 2687709B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にポリイミド系有機塗
布膜を金属配線の層間絶縁膜とする多層配線構造を有す
る半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
ポリイミド系有機塗布膜を金属配線の層間絶縁膜とす
る3層配線構造の半導体装置を例に、従来の技術を説明
する。
層間絶縁膜がポリイミド系有機塗布膜のみで構成され
た半導体装置の断面図を第4図に示す。
半導体基板1上の無機系絶縁膜2の上に、Alあるいは
Auを主要原料とする第1層の金属配線3,第2層の金属配
線3a,第3層の金属配線3bからなる3層配線が形成さ
れ、ポリイミド系有機塗布膜6は第1層の金属配線3と
第2層の金属配線3aとの間の層間絶縁膜となり、ポリイ
ミド系有機塗布膜6aは第2層の金属配線3aと第3層の金
属配線3bとの間の層間絶縁膜となり、ポリイミド系有機
塗布膜6bは第3層の金属配線3bの保護膜となる。スルー
ホール7により第1層の金属配線3と第2層の金属配線
3aとが接続し、スルーホール7aにより第2層の金属配線
3aと第3層の金属配線3bとが接続している。
この構造では、ポリイミド系有機塗布膜6,6a,6bは金
属配線3,3a,3bの上面および側面で直接金属配線3,3a,3b
と接しており、ポリイミド系有機塗布膜6,6aは金属配線
3a,3bの下面で金属配線3a,3bと直接接している。
第5図は、層間絶縁膜がポリイミド系有機塗布膜と無
機系層間絶縁膜とから構成された従来の半導体装置の断
面図である。
半導体基板1上の無機系絶縁膜2の上に、Alあるいは
Auを主要原料とする第1層の金属配線3,第2層の金属配
線3a,第3層の金属配線3bからなる3層配線が形成され
ている。
第1層の金属配線3と第2層の金属配線3aとの間の層
間絶縁膜は、プラズマCVD法あるいはスパッタ法により
形成した無機系層間絶縁膜4(例えば、シリコン酸化
膜,シリコン窒化膜,シリコン酸化窒化膜)を下層に、
ポリイミド系有機塗布膜6を上層にして形成される。第
2層の金属配線3aと第3層の金属配線3bとの間の層間絶
縁膜は、プラズマCVD法あるいはスパッタ法により形成
した無機系層間絶縁膜4aを下層に、ポリイミド系有機塗
布膜6aを上層にして形成される。第3層の金属配線3bの
保護膜は、プラズマCVD法あるいはスパッタ法により形
成した無機系層間絶縁膜4bを下層に、ポリイミド系有機
塗布膜6bを上層にして形成される。
スルーホール7により第1層の金属配線3と第2層の
金属配線3aとが接続し、スルーホール7aにより第2層の
金属配線3aと第3層の金属配線3bとが接続している。
この構造では、ポリイミド系有機塗布膜6,6a,6bは金
属配線3,3a,3bの上面および側面において無機系層間絶
縁膜4,4a,4bを介して金属配線3,3a,3bと接しており、ま
た、ポリイミド系有機塗布膜6,6aは金属配線3a,3bの下
面で金属配線3a,3bと直接接している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の多層配線構造を有する半導体装置は、
以下に示すような問題点がある。
まず、第4図に示したようなポリイミド系有機塗布膜
が配線金属に直接接した構造では、ポリイミド系有機塗
布膜と配線金属との間の密着性が悪く、ポリイミド系有
機塗布膜がふくれたり剥れたりする。ポリイミド系有機
塗布膜のふくれは、上層の金属配線の起伏を拡大し、上
層の金属配線のパターン形状を乱し、上層の配線金属の
断線の誘因となる。また、ポリイミド系有機塗布膜の剥
れは、剥れたポリイミド系有機塗布膜の移動による後工
程でのパターン形状の不良の原因となる。
次に、第5図に示したような無機系層間絶縁膜が下
層,ポリイミド系有機塗布膜が上層となる2層構造を層
間絶縁膜の基本構造単位とした多層配線構造では、ポリ
イミド系有機塗布膜の下層に必ず無機系絶縁膜もしくは
無機系層間絶縁膜が存在するためポリイミド系有機塗布
膜の下層との密着性は改善されるが、例えば、第2層の
ポリイミド系有機塗布膜のベーキングの際に、第1層の
ポリイミド系有機塗布膜中に残留した水分が第2層の無
機系層間絶縁膜に妨げられて蒸発せず、ポリイミド系有
機塗布膜のふくれを引き起しやすくなる。また、この構
造では、ポリイミド系有機塗布膜中に水分が残留しやす
いため、金属配線の腐食や半導体装置の特性変動が起り
やすくなる。
更に、第4図,第5図に示した構造の半導体装置で
は、第2,第3層の金属配線の形成の際のエッチング工程
において、下層のポリイミド系有機塗布膜が損傷を受け
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、少なくとも無機系絶縁膜上に
設けられた第1の金属配線と第1の金属配線を覆う層間
絶縁膜と層間絶縁膜上に設けられた第2の金属配線とを
有し、この層間絶縁膜は第1の無機系層間絶縁膜,第1
のポリイミド系有機塗布膜および第2の無機系層間絶縁
膜が積層されてなり、第2の金属配線が少なくとも第3
の無機系層間絶縁膜と第2のポリイミド系有機塗布膜と
を含んだ積層絶縁膜により覆われてなり、この層間絶縁
膜には第2の金属配線の底面から第1の金属配線の上面
に達する第1のスルーホール開口部が設けられ、さら
に、この積層絶縁膜には第2の金属配線の上面に達する
第2のスルーホール開口部が設けられてなる多層配線構
造を有する半導体装置において、上記第1の無機系層間
絶縁膜は上記第1のスルーホール開口部を除いた上記第
1の金属配線の上面にのみに設けられ、これらの第1の
金属配線の側面は上記第1のポリイミド系有機塗布膜に
より直接に覆われ、上記第2の無機系層間絶縁膜は上記
第1のスルーホール開口部を除いた上記第2の金属配線
の底面にのみに設けられ、上記第3の無機系層間絶縁膜
は上記第2のスルーホール開口部を除いた上記第2の金
属配線の上面にのみに設けられ、これらの第2の金属配
線の側面は上記第2のポリイミド系有機塗布膜により直
接に覆われていることを特徴とする。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は3層配線構造の半導体装置に適用した本発明
の第1の実施例の断面図である。
半導体基板1上の無機系絶縁膜2の上に、Alあるいは
Auを主要原料とする第1層の金属配線3,第2層の金属配
線3a,第3層の金属配線3bからなる3層配線が形成され
ている。
スルーホール開口部を除く金属配線3,3a,3bの上面に
は、プラズマCVD法あるいはスパッタ法により形成した
無機系層間絶縁膜4,4a,4bが形成されている。また、ス
ルーホール開口部を除く金属配線3a,3bの下面には、プ
ラズマCVD法あるいはスパッタ法により形成した無機系
層間絶縁膜5a,5bが形成されている。無機系層間絶縁膜
の形成をプラズマCVD法あるいはスパッタ法で行なうの
は、これらの成膜が350℃以下の比較的低温で行なえる
からである。
ポリイミド系有機塗布膜6は、スルーホール7の開口
部を除いた上面に無機系層間絶縁膜4を有する第1層の
金属配線3とスルーホール7aの開口部を除いた上面に無
機系層間絶縁膜4aを有しスルーホール7の開口部を除い
た下面に無機系層間絶縁膜5aを有する第2層の金属配線
3aとの間の配線層間絶縁膜となる。また、ポリイミド系
有機塗布膜6aは、第2層の金属配線3aとスルーホール
(図示せず)の開口部を除いた上面に無機系層間絶縁膜
4bを有しスルーホール7aの開口部を除いた下面、無機系
層間絶縁膜5bを有する第3層の金属配線3bとの間の配線
層間絶縁膜となる。更に、ポリイミド系有機塗布膜6bは
第3層の金属配線3bの保護膜となる。
スルーホール7により第1層の金属配線3と第2層の
金属配線3aとが接続し、スルーホール7aにより第2層の
金属配線3aと第3層の金属配線3bとが接続している。
この構造では、ポリイミド系有機塗布膜6は第1層の
金属配線3の側面と直接接しており、ポリイミド系有機
塗布膜6aは第2層の金属配線3aの側面と直接接してお
り、ポリイミド系有機塗布膜6bは第3層の金属配線3bの
側面と直接接している。
次に、第2図(a)〜(d),および第2図(e)を
参照して、本実施例の多層配線を有する半導体装置の製
造方法を説明する。第2図(a)〜(e)は第1層の金
属配線の形成から第2層の金属配線の形成までを説明す
るための工程順の断面図であり、第2図(e)は第2図
(d)のAA′線断面での次工程における断面図である。
まず、第2図(a)に示すように、半導体基板1上の
コンタクト開口部(図示せず)を有する無機系絶縁膜2
上に、AlあるいはAuを主要原料とする第1層の金属配線
用の金属膜13を全面スパッタし、その上にプラズマCVD
法あるいはスパッタ法により無機系層間絶縁膜4(この
膜はシリコン酸化膜,シリコン窒化膜,およびシリコン
酸化窒化膜のすくなくとも1つから構成される)を形成
する。
次に、第2図(b)に示すように、フォトリソグラフ
ィー工程と反応性イオンエッチングにより無機系層間絶
縁膜4をパターニングする。更に金属膜13を反応性イオ
ンエッチング,あるいはミリングにりパターニングし、
第1層の金属配線3を形成する。
次に、第2図(c)に示すように、ポリイミド系有機
塗布膜6を全面に形成し、更にその上にプラズマCVD法
あるいはスパッタ法により無機系層間絶縁膜5a(シリコ
ン酸化膜,シリコン窒化膜,およびシリコン酸化窒化膜
のすくなくとも1つから構成される)を形成する。続い
て、フォトリソグラフィー工程,および反応性イオンエ
ッチングにより、無機系層間絶縁膜5a,ポリイミド系有
機塗布膜6,および第1層の金属配線3上の無機系層間絶
縁膜4を順次エッチング除去し、スルーホール7を開口
する。
次に、第2図(d)に示すように、AlあるいはAuを主
要原料とする第2層の金属配線用の金属膜13aを全面ス
パッタし、その上にプラズマCVD法あるいはスパッタ法
により無機系層間絶縁膜4aを形成する。
次に、第2図(e)に示すように、フォトリソグラフ
ィー工程を用い、反応性イオンエッチングによる無機系
層間絶縁膜4aのパターニング,金属膜13aの反応性イオ
ンエッチング,あるいはミリングによる第2層の金属配
線3aの形成,反応性エッチングによる無機系層間絶縁膜
5aのパターニングを行なう。
なお、金属配線3aの形成工程に際し、無機系層間絶縁
膜5aは、下層のポリイミド系有機塗布膜6をこのエッチ
ングから保護するのに役立だつ。
第3図は本発明の第2の実施例を説明するための断面
図である。
本実施例は、スルーホール7,7a内にタングステン8,8a
を選択CVD法により埋め込んであり、他は本発明の第1
の実施例と同じである。タングステンの選択CVD法は、W
F6とH2との還元反応,あるいはWF6とSiH4との還元反応
による。これらの反応は、250℃〜350℃の温度範囲で行
なうことにより、ポリイミド系有機塗布膜6,6a等に損傷
を与えることは無い。
本実施例では、スルーホールのアスペクト比(深さ/
径)が1以上で場合にも、埋め込み性が良く、配線を平
坦にすることができ、スルーホールにおけるコンタクト
抵抗も下げることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第1の金属配線と第2
の金属配線との間に設けられた層間絶縁膜が第1のポリ
イミド系有機塗布膜を含んでなり,第2の金属配線が第
2のポリイミド系有機塗布膜により覆われ,層間絶縁膜
に設けられた第1のスルーホール開口部により第1の金
属配線と第2の金属配線とが接続され,第2のポリイミ
ド系有機塗布膜には第2の金属配線に達する第2のスル
ーホール開口部が設けられた多層配線構造を有する半導
体装置において、層間絶縁膜が(第1のスルーホール開
口部を除いた)第1の金属配線の上面にのみに設けられ
た第1の無機系層間絶縁膜と第1のポリイミド系有機塗
布膜と(第1のスルーホール開口部を除いた)第2の金
属配線の底面にのみに設けられた第2の無機系層間絶縁
膜とからなり、さらに、(第2のスルーホール開口部を
除いた)第2の金属配線の上面にのみに設けられた第3
の無機系層間絶縁膜を介してこれらの第2の金属配線が
第2のポリイミド系有機塗布膜により覆われていること
により、第1のポリイミド系有機塗布膜と第1および第
2の金属配線との密着性,第2のポリイミド系有機塗布
膜と第2の金属配線との密着性が改善され、第1および
第2のポリイミド系有機塗布膜のふくれおよび剥れを防
ぐことが可能になる。
また、第2の無機系層間絶縁膜が第1のスルーホール
開口部の除く第2の金属配線の底面にのみに形成され,
さらに第3の無機系層間絶縁膜が第2のスルーホール開
口部の除く第2の金属配線の上面にのみに形成されてい
ることから、第1(および第2)のポリイミド系有機塗
布膜中の水分の残留が低減出来る。このため、ベーキン
グに際しての第1,第2のポリイミド系有機塗布膜のふく
れによる第1および第2の金属配線の断線、第1,第2の
ポリイミド系有機塗布膜のふくれおよび剥れによる第1
あるいは第2の金属配線等のパターン形状不良、第1,第
2のポリイミド系有機塗布膜中の残留水分による第1あ
るいは第2の金属配線の腐食や半導体装置の特性変動等
を防ぐことが出来る。
更に、第2の金属配線の底面に設けられた第2の無機
系層間絶縁膜は、この第2の金属配線を形成する際のエ
ッチング工程において、第1のポリイミド系有機塗布膜
をこのエッチングから保護する働きがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の断面図、第2図(a)
〜(e)は本発明の第1の実施例の構造の半導体装置の
製造方法を説明するための工程順の断面図、第3図は本
発明の第2の実施例を説明するための断面図、第4図,
第5図は従来の半導体装置の断面図である。 1…半導体基板、2…無機系絶縁膜、3,3a,3b…金属配
線、4,4a,4b…無機系層間絶縁膜、5a,5b…無機系層間絶
縁膜、6,6a,6b…ポリイミド系有機塗布膜、7,7a…スル
ーホール、8,8a…タングステン、13,13a…金属膜。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも無機系絶縁膜上に設けられた第
    1の金属配線と該第1の金属配線を覆う層間絶縁膜と該
    層間絶縁膜上に設けられた第2の金属配線とを有し、該
    層間絶縁膜は第1の無機系層間絶縁膜,第1のポリイミ
    ド系有機塗布膜および第2の無機系層間絶縁膜が積層さ
    れてなり、該第2の金属配線が少なくとも第3の無機系
    層間絶縁膜と第2のポリイミド系有機塗布膜とを含んだ
    積層絶縁膜により覆われてなり、該層間絶縁膜には該第
    2の金属配線の底面から該第1の金属配線の上面に達す
    る第1のスルーホール開口部が設けられ、さらに、該積
    層絶縁膜には該第2の金属配線の上面に達する第2のス
    ルーホール開口部が設けられてなる多層配線構造を有す
    る半導体装置において、 前記第1の無機系層間絶縁膜は前記第1のスルーホール
    開口部を除いた前記第1の金属配線の上面にのみに設け
    られ、該第1の金属配線の側面は前記第1のポリイミド
    系有機塗布膜により直接に覆われ、 前記第2の無機系層間絶縁膜は前記第1のスルーホール
    開口部を除いた前記第2の金属配線の底面にのみに設け
    られ、 前記第3の無機系層間絶縁膜は前記第2のスルーホール
    開口部を除いた前記第2の金属配線の上面にのみに設け
    られ、該第2の金属配線の側面は前記第2のポリイミド
    系有機塗布膜により直接に覆われていることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】少なくとも前記第1のスルーホール開口部
    内にはタングステンが埋め込まれていることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
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