JPH03237745A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03237745A
JPH03237745A JP28612590A JP28612590A JPH03237745A JP H03237745 A JPH03237745 A JP H03237745A JP 28612590 A JP28612590 A JP 28612590A JP 28612590 A JP28612590 A JP 28612590A JP H03237745 A JPH03237745 A JP H03237745A
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metal wiring
organic coating
polyimide
insulating film
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JP28612590A
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Noriaki Oda
典明 小田
Tsutomu Tashiro
勉 田代
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NEC Corp
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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】 〔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、A1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3.3 a +  3 bの上面および側面
で直接金属配線3 + 3 a + 3 b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、A1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3 a +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゜6 a +
  6 b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+  3at  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3 a # 3
 b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ツチング工程に
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、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
置において、無機系層間絶縁膜がスルーホール開口部を
除く金属配線の上面、およびスルーホール開口部以外の
ポリイミド系有機塗布膜上の金属配線の下面に形成され
ている。
〔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、AI!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
3 a +  3 b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5 
a s  5 b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
下面に無機系層間絶縁膜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3
b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、A1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ツ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
ンエツチング、あるいはミリングによりパターニングし
、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
エツチングにより、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を順次エツチング除去し、スルーホール7
を開口する。
次に、第2図(d)に示すように、Af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
オンエツチング、あるいはミリングによる第2層の金属
配線3aの形成9反応性エツチングによる無機系層間絶
縁膜5aのバ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をこのエツ
チングから保護するのに役だつ。
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、WFoとH2との還元
反応、あるいはW F eとSiH4との還元反応によ
る。これらの反応は、250′C〜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、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
導体装置において、無機系層間絶縁膜がスルーホール開
口部を除く金属配線の上面、およびスルーホール開口部
以外のポリイミド系有機塗布膜上の金属配線の下面に形
成されていることにより、金属配線層′と上層のポリイ
ミド系有機塗布膜の密着性が改善され、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となる。
また、無機系層間絶縁膜がスルーホール開口部を除く金
属配線の上面にのみ形成されていることから、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ポリイミド系有機塗布膜のふく
れによる金属配線の断線、ポリイミド系有機塗布膜のふ
くれおよび剥れによる金属配線等のパターン形状不良、
ポリイミド系有機塗布膜中の残留水分による金属配線の
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、金属配線下層の無機系層間絶縁膜は、金属配線を
形成する際のエツチング工程において、下層のポリイミ
ド系有機塗布膜をこのエツチングから保護する働きがあ
る。
6 a * 6 b・・・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、1313a・・・金属膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、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おいて、無機系
    層間絶縁膜がスルーホール開口部を除く前記金属配線の
    上面、および前記スルーホール開口部以外の前記ポリイ
    ミド系有機塗布膜上の前記金属配線の下面に形成されて
    いることを特徴とする半導体装置。 2、タングステンが前記スルーホール内に埋め込まれた
    構造を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
JP2286125A 1989-12-04 1990-10-24 半導体装置 Expired - Fee Related JP2687709B2 (ja)

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JP2011066377A (ja) * 2009-08-18 2011-03-31 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法
US8441122B2 (en) 2009-08-18 2013-05-14 Denso Corporation Semiconductor device having semiconductor chip and metal plate

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