JPH0224382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔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
積度の向上に従つてますますその重要さが増加し
ている。半導体装置形成に伴なつて表面に表われ
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
機膜やそれ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、また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。 これまでにも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１部を酸
化物として層間の絶縁膜の１部として利用し、段
差の発生を抑える方法が開示されている。他の例
としては、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。以上に述べた様な無機絶縁膜を用いて層
間の絶縁膜とする方法の他に、有機樹物膜を用い
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。ポリイミドは硬化させ
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、非常に有利な特性を
有している。しかし、致命的な欠点として、他の
有機樹脂膜と同様に、透湿性に劣るという点があ
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、上述した様な問題点を除去
し、表面の平坦化ができ、かつクラツクの発生が
防止できる半導体装置の多層配線構造を提供する
ことにある。 〔発明の概要〕 上記目的を達成する本発明の特徴とするところ
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、かつ熱膨張係数が第ｎ番目の導体層の
熱膨張係数より小さい有機樹脂膜と、有機樹脂膜
上に積層される無機絶縁膜とを含むことにある。 また、本発明の好ましい実施態様を述べると、
上記有機樹脂膜は、熱膨張係数が上記無機絶縁膜
の熱膨張係数より大きい有機樹脂膜である。 〔発明の実施例〕 本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。 （第１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２（PSG膜）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
の表面に達する穴を形成する。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１番目の導体層３を所定の厚
さで付着させ、不用の部分をエツチングにより除
く。 次にAlキレートを表面に塗布し、酸素中で加
熱することにより、100Å程度の薄いアルミナ膜
を表面全域に形成する。この膜は、この後形成す
る低膨張ポリイミド膜とPSG膜２との接着強度
を上げる上で有効である。 （第１図ｃ） 次に有機樹脂膜となる低熱膨張ポリイミド４を
所定の厚さに形成する。ここで、低熱膨張ポリイ
ミド４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１番目の導
体層を形成するAl（熱膨張係数2.3×10^-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２層目配線形成工程で悪
い影響を及ぼさない程度に表面の段差を緩和する
ように選ぶべきで、必要以上に厚くしない方が良
い。一般的には、0.5〜2μｍ程度が適当である。 （第１図ｄ） 次に無機絶縁膜５を全面に積層する。通常のポ
リイミドを使つた場合にはこの時点で熱膨張係数
の差による熱応力によつて無機絶縁膜５にクラツ
クが入つてしまう。低熱膨張のポリイミドを使う
ことによりこの様なクラツクあるいは剥離が生
じ、耐湿保護の効果が損われるようなことはな
い。 この無機絶縁膜５としては、SiO₂膜（熱膨張
係数４×10^-7K^-1）、PSG膜、Si₃N₄膜（熱膨張係
数1.8×10^-6K^-1）、Al₂O₃膜（熱膨張係数６×
10^-6K^-1）等種々の膜が考えられるが、前記ポリ
イミドの分解温度以下で形成する必要があり、有
機樹脂膜４の熱膨張係数より小さいことが好まし
い。また、無機絶縁膜５はポリイミド膜４の表面
をおおい、水の浸透を防ぐと共に、第１番目の導
体層と第２番目の導体層間の絶縁を良好に保つ役
も有している。従つてこの無機絶縁膜５の厚さは
所望の層間耐圧が得られる様に決められなければ
ならない。 （第１図ｅ） 次にポリイミド膜４と無機絶縁膜５から成る層
間膜にスルーホール６を形成する。この場合、ポ
リイミド膜４により表面がかなり平坦化されてお
り、無機絶縁膜５上に塗布したホトレジスト（図
示せず）はほぼ均一な厚さとなる。従つて、ホト
レジストのパターニングは非常に微細にかつ精度
良く行うことができる。ホトレジストのパターン
に従つて無機絶縁膜５を加工し、さらにこの無機
絶縁膜５をマスクにしてポリイミド膜４を加工す
る。ポリイミド膜４の加工時にはホトレジストも
エツチされるが、無機絶縁膜５がマスクとして働
くため、加工精度はそれ程悪くならない。 （第１図ｆ） この後、通常の方法により第２番目の導体層の
積層及びパターンニングを行なう。この時、前記
の如く表面の凹凸が小さくなつているため、精度
の高い加工ができると同時に、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。 （第１図ｇ） 最後に保護膜となる無機絶縁膜８を形成してウ
エハ状での加工工程を終了する。 以上は２層配線を形成する場合を例にして説明
したが、さらに多層化を進める場合には第１図ｃ
〜ｆの工程を繰り返し用いれば良く、そのために
新たな問題が生じることは無い。 以上に述べたように、低膨張ポリイミド膜４を
層間膜の１部として用いることにより、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
の一例を示すと、次式〔Ｉ〕 〔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

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造工程を示す
図、第２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……有機樹脂膜、５
……無機絶縁膜、７……２番目の導体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第ｎ番目の導体層、該第ｎ番目の導体層上に
   積層される絶縁層、該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、上記絶縁層は、上記第ｎ番
   目の導体層上に積層され、かつ熱膨張係数が上記
   第ｎ番目の導体層の熱膨張係数より小さい有機樹
   脂膜と、該有機樹脂膜上に積層される無機絶縁膜
   とを含む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項に於いて、上記有機樹
   脂膜は、熱膨張係数が上記無機絶縁膜の熱膨張係
   数より大きい有機樹脂膜であることを特徴とする
   半導体装置の多層配線構造。 ３ 特許請求の範囲第１項において、上記有機樹
   脂膜が次式〔Ｉ〕 〔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。〕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。 ４ 特許請求の範囲第１項において、上記有機樹
   脂膜が次式〔〕 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。 ５ 特許請求の範囲第３項または第４項におい
   て、上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。