JPH0499049A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層配線を有する半導体装置に関する。

〔従来技術〕

半導体装置の多層配線の間に介在される層間絶縁膜には
優れた表面被覆性、耐湿性、耐アルカリイオン性、良好
な密着性が要求される。

従来の半導体装置には、シリコン酸化膜、このシリコン
酸化膜にリンを添加したリンガラス膜、そしてプラズマ
ＣＶＤ法で形成されるシリコン窒化膜を層間絶縁膜とす
るものが知られている。

シリコン酸化膜はその比誘電率（約４）が小さいので多
層配線の層間絶縁膜として使用されてきたが、耐湿性、
耐アルカリイオン性が低いという短所を有する。

また、シリコン酸化膜にリンを添加したリンガラス膜は
シリコン酸化膜よりも耐アルカリイオン性は高いが、耐
湿性が低いという短所を有する。

さらに、シリコン窒化膜は耐湿性、耐アルカリイオン性
ともに優れ、低温形成が可能であり、段差被覆性が良好
であるという長所を有するが、比誘電率がシリコン酸化
膜の値より大きく、シリコン酸化膜との密着性が悪いと
いう短所を有する。

そこで、これらの短所を解決する層間絶縁膜として、下
層にシリコン、ボロンおよび窒素を生成分とする薄膜、
上層としてシリコン窒化膜を使用した積層構造のものが
考えられている（特開昭６３−１２０４４４）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記積層構造の層間絶縁膜を用いた半導体装置
において、ＢＮ薄膜は１４００℃程度の高温常圧ＣＶＤ
法で形成した場合でも吸湿性を有することが知られてい
る。

また、上層のシリコン窒化膜により耐吸湿性、耐アルカ
リイオン性を持たせることができるが、下層のシリコン
、ボロンおよび窒素を主成分とする薄膜はプラズマＣＶ
Ｄ法で形成されるため、良好な段差被覆形状を得られに
くい。

さらに、ＢＮや５ｉＢＮにおいて、低誘電率を実現する
ためにボロンを過剰にすると、ボロンの原料ガスである
ＢＨやＢＣＩ　　、あるいはシリコンの原料ガスである
Ｓ　ｉＨ４の未完全な分解種に起因すると思われる膜の
剥離、分解などの経時変化が生じる。

そこで本発明は、耐吸湿性、段差被覆形状に優れ、配線
間容量か低い半導体装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成する為、本発明は多層配線を有する半導
体装置であって、上記多層配線の層間絶縁膜がボロン、
カーボン、窒素を主成分とする層で構成されていること
を特徴とする。

上記層間絶縁膜は、ボロン、カーボン、窒素を主成分と
する１層を含む複数層であってもよい。

〔作用〕

本発明に係る半導体装置は、ボロン、カーボン、窒素を
主成分とする単層層間絶縁膜、あるいは層間絶縁膜の一
部としてボロン、カーボン、窒素を主成分とする層を積
層または挿入しているので、耐吸湿性が向上し、配線間
の容量が増加しない。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例に係る半導体装置を添附図面
に基づき説明する。なお、説明において同一要素には同
一符号を使用し、重複する説明は省略する。

第１図は実施例に係る多数配線を有する半導体装置の一
部の断面構造を示す。半導体基板１を覆う絶縁膜２の上
面には、アルミニウム層３により第１配線が形成されて
いる。このアルミニウム層３はＳｉＯ膜４で覆われてお
り、表面の段差を緩和するためにＳＯＧ膜５が形成され
ている。さらに、Ｓ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａ
ｓｓ　）膜５により平坦化された表面にＳｉＯ膜６が形
成されており、その上面にはＢＣＮ　　膜７が形成され
ている。

ｙ このＢＣＮ　　膜７の上面に、アルミニウム層等ｙ で第２の配線が形成される。

第１配線のアルミニウム層３の表面を覆うＳｉＯ膜４は
、Ｓ　ｉＨＮ　２０を用いたプラズマＣＶＤ法により例
えば１５００オングストロームで形成され、ＳＯＧ膜５
は回転塗布後の加熱処理により表面の平坦度の高いもの
が形成される。段差上の５ＯＧＩＩ！ｌＩ５はエッチバ
ック法で除去でき、ＳｉＯ膜６は再びＳ　ｉＨＮ　２０
を用いたブラズマＣＶＤ法により例えば１０００オンダ
ストロームで形成できる。

このように、ＳｉＯ膜６は段差被覆性が優れた平坦な表
面上に形成され、その上にＢＣＮｙ 膜７が積層されている。ここで、ＳｉＯは比誘電率は低
いが耐吸湿性に劣るという短所を有する。

一方、ＢＣＮ　　膜は比誘電率はＳｉＯ程度にｘ　　　
　ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ｘ小さくすることができ（特開昭６Ｏ−２９９４０２
）、耐吸湿性に優れているという長所を有する。

そこで、ＢＣＮ　　膜７をＳｉＯ膜６の上に配ｘ　　　
ｙ　　　　　　　　　　　　　　　ｘ置することにより
、ＳｉＯ膜６およびＳＯＧ膜５による水分の吸湿を防止
することができる。

なお、上記実施例ではＳｉＯ膜６とＢＣｘＮ　膜７の２
層構造が層間絶縁膜として表面に形成された半導体装置
を説明したが、複数層におけるボロン、カーボン、窒素
を主成分とする層との組合わせは上記組合せに限定され
るものではない。

例えば、段差被覆性に優れた絶縁膜（特に酸化膜）の上
にＢＣＮ　　層を積層する場合、あるいｙ は段差被覆性が良好となる堆積条件を用いて形成する場
合には、層間絶縁膜を単層で構成することができる。こ
の場合、配線容量は低く、良好な段差被覆形状を有する
半導体装置になる。

また、ＳｉＯ膜６の代わりに、リンガラス膜又は／及び
シリコン窒化膜を使用することができる。

例えば、ＢＣＮ　　膜とリンガラス膜を併用しｙ た場合には、ＢＣＮ　　膜をリンガラス膜の下にｙ 積層することによりリンガラス膜における良好な耐アル
カリイオン性のため、ＢＣＮ　　膜のみをｙ 層間絶縁膜とする半導体装置より、全体として半導体装
置の耐アルカリイオン性を向上することができる。

また、ＢＣＮ　　膜とシリコン窒化膜を併用しｙ た場合にはＢＣＮ　　膜の低い比誘電率のため、ｙ 半導体装置の配線間容量を大きく低減することができる
。

さらに、ＢＣＮ　　膜、シリコン酸化膜およびｙ シリコン窒化膜を併用した場合、上述したリンガラス膜
およびＢＣＮ　　膜の性質により、半導体ｙ 装置の耐アルカリイオン性の改善、配線間容量の低減化
を図ることができる。

第２図は、本実施例に係る半導体装置に用いられた層間
絶縁膜の吸湿性に関する実験結果であり、半導体装置の
表面にプラズマ酸化膜およびＢＣ工Ｎ　膜を堆積させ、
堆積直後と、約３か月間空気中に放置した後の赤外吸収
スペクトルの差スペクトルを示すグラフである。

この実験では、Ｓｉ基板上に形成された膜厚的０．８μ
ｍのプラズマ酸化膜と、この上に膜厚的０．２μｍで堆
積させたＢＣＮ　　膜を用いた。

ｙ プラズマ酸化膜は、アルミニウム層で配線を形成した後
、Ｓ　ｉＨＮ　２０系混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ
法により堆積した。また、ＢＣｘＮ　膜は、基板温度３
５０℃、ＲＦパワー１００Ｗ１圧力２　Ｔｏｒｒ、各ガ
ス流ｍＢ２Ｈ６（９５％のＡｒ希釈）／ＣＨ／Ｎ　　／
Ｈ２が２０／３０／２０　／　５０　（ｓｅｅｓ）の条
件下で堆積した。

このグラフから約３か月の間、空気中に放置したにも拘
らず、吸湿および膜中の未分解種による崩壊に起因する
経時変化は認められなかった。

また、上記条件で形成したＢＣＮ　　膜の比誘ｙ 電率は約４．５と低く、シリコン酸化膜とほぼ同程度の
値を示した。

なお、上記実施例では層間絶縁膜の一例としてＢＣＮ　
　膜を使用したが、膜にはボロン、カーｙ ボン、窒素以外の物質が含まれていてもよい。

また、耐アルカリイオン性に優れた材料として、ＰＳＧ
にボロンを添加したＢＰＳＧを併用することにより、半
導体装置の耐アルカリイオン性を向上することができる
。

〔発明の効果〕

本発明におけるボロン、カーボン、窒素を主成分とする
層間絶縁膜はシリコン酸化膜とほぼ同等の比誘電率を有
し、かつ耐湿性、化学的安定性に優れている。そのため
、そのものを単独で段差被覆形状が良好となる条件で堆
積させるか、あるいは段差被覆特性の優れた下層膜上に
積層あるいは挿入することにより、配線間容量が低くな
り、配線間で信号が漏洩しない半導体装置を得ることが
できる。

また、上記層間絶縁膜の性質から、耐吸湿性、段差被覆
形状に優れた半導体装置を得ることができる。

さらに、上記層間絶縁膜の一部に、耐アルカリイオン性
等、ボロン、カーボン、窒素を主成分とする層間絶縁膜
よりも優れた特性を有する膜を含めることにより、全体
として半導体装置の特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る層間絶縁膜を含む半導
体装置の一部の断面構造を示す図、第２図は本実施例に
係る半導体装置が含む多層配線の層間絶縁膜の吸湿性に
関する実験結果を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多層配線を有する半導体装置であって、前記多層配
   線の層間絶縁膜が、ボロン、カーボン、窒素を主成分と
   する層で構成されていることを特徴とする半導体装置。 ２、前記層間絶縁膜が複数層で構成され、その一部にボ
   ロン、カーボン、窒素を主成分とする層を含んでいるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置。