JPH0582405A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の元々の反りの方向性を制約し、反りが
主面側に凸となる基板を選択してデバイスを形成するこ
とによってＡｌ配線消失をなくし、デバイス信頼性の向
上を図ることができる半導体集積回路装置の製造方法を
提供する。 【構成】 主面上にデバイスを形成するＳｉの半導体基
板１であって、この半導体基板１の反りの方向性が主面
側に凸とされるものであり、デバイスを形成する際に、
反りの方向性の制約に基づいて半導体基板１が選択され
る。そして、Ａｌ配線２の形成後の層間絶縁膜３の形
成、さらに熱処理後でも変形がなく、主面側に凸の状態
が保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製造方法に関し、特にＡｌ配線材料を用いて多層配線技
術を採用する高集積ＬＳＩの半導体基板の選択におい
て、デバイスプロセスにおけるＡｌ配線消失の防止が可
能とされる半導体集積回路装置の製造方法に適用して有
効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、Ａｌ配線材料による多層配線
プロセスでは、Ａｌ配線消失が問題となっている。この
Ａｌ配線消失は、半導体基板の反りによってＡｌが変形
し、元の形状に戻ろうとしてエネルギーが増加し、さら
に熱処理によってＡｌが伸びてエネルギーが増大し、こ
れによりＡｌ原子が移動する現象である。

【０００３】すなわち、移動したＡｌ原子は、エネルギ
ーを開放するために周りの絶縁膜に対して塑性変形を発
生させ、発生した空隙にＡｌ原子が移動し、Ａｌ原子の
存在しない部分が発生することによって生じるものであ
る。

【０００４】なお、これに類似する技術としては、たと
えば社団法人電子通信学会、昭和５９年１１月３０日発
行、「ＬＳＩハンドブック」Ｐ２７５〜Ｐ２９３の文献
に記載される電極配線技術が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術においては、半導体基板の元々の反りの方向
性の点について配慮がされておらず、基板の反りの方向
性によるＡｌ配線消失が問題となっている。

【０００６】そこで、本発明者は、絶縁膜をデポした基
板を熱処理して応力の挙動を調べ、さらに基板に及ぼす
影響を調べるために、絶縁膜をデポしていない基板を熱
処理して応力の挙動を調べることにより、反りの方向性
によって半導体基板に制約を持たせることを見い出し
た。

【０００７】すなわち、本発明の目的は、基板の元々の
反りの方向性を制約し、反りが主面側に凸となる基板を
選択してデバイスを形成することによってＡｌ配線消失
をなくし、さらにデバイス信頼性の向上を図ることがで
きる半導体集積回路装置の製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１０】すなわち、本発明の半導体集積回路装置の
製造方法は、半導体基板の主面上にデバイスを形成する
半導体集積回路装置の製造方法であって、半導体基板に
デバイスを形成する際に、この半導体基板を反りの方向
性の制約に基づいて選択し、この選択された半導体基板
にデバイスを形成するものである。

【００１１】この場合に、前記半導体基板の反りの方向
性を、主面側に凸とするようにしたものである。

【００１２】また、前記半導体基板を、Ｓｉまたは他の
元素から形成するようにしたものである。

【００１３】さらに、前記半導体基板を、配線または多
層配線が形成されるプリント基板とするようにしたもの
である。

【００１４】

【作用】前記した半導体集積回路装置の製造方法によれ
ば、半導体基板の選択を反りの方向性の制約に基づい
て、たとえば主面側に凸とする半導体基板を選択するこ
とにより、主面側に凸の反り状態を保持することができ
る。

【００１５】たとえば、基板の反りが元々主面側に凸の
場合は、絶縁膜デポ後または熱処理後でも共に基板は主
面側に凸であり、基板の反りによるエネルギーの増加が
抑圧され、Ａｌ配線消失が発生されることがない。

【００１６】しかし、基板の反りが元々裏面側に凸の場
合には、絶縁膜デポ後、基板は絶縁膜の応力により主面
側に凸となり、その後に熱処理を行うと、再び裏面側に
凸となる。そのため、基板の反りによるエネルギーが増
大し、Ａｌ配線消失が発生することになる。

【００１７】すなわち、反りが元々主面側に凸である基
板は、熱処理を行っても反りは主面側に凸の状態に保持
され、Ａｌの熱処理時のエネルギーの増加を抑圧するこ
とができる。これにより、デバイス形成時のＡｌ配線消
失の発生を防止することができる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の半導体集積回路装置の製造方
法の一実施例である半導体基板を示す断面図、図２は本
実施例と従来技術における半導体基板へのデバイスプロ
セスを比較して示す説明図、図３は本実施例と従来技術
における半導体基板への熱処理による温度に対する応力
挙動特性を比較して示す説明図、図４は本実施例の半導
体基板における変形例を示す断面図である。

【００１９】まず、図１により本実施例の半導体基板の
構成を説明する。

【００２０】本実施例の半導体基板は、たとえば主面上
にデバイスを形成するＳｉの半導体基板１とされ、この
半導体基板１の反りの方向性が、たとえば約１〜２０μ
ｍ程度主面側に凸とされるものであり、デバイスを形成
する際に、反りの方向性の制約に基づいて半導体基板１
が選択されてデバイスが形成されるようになっている。

【００２１】次に、本実施例の作用について、実際に反
りの方向性に基づいてデバイスを形成した場合における
実測結果を図２および図３により説明する。

【００２２】まず、図２a)に示すように、本発明が適用
される反りが上に凸の半導体基板１と、従来技術でも用
いられる下に凸の半導体基板１１に、それぞれＡｌ配線
２，１２を形成する。

【００２３】さらに、図２b)に示すように、Ａｌ配線
２，１２が形成された各々の半導体基板１，１１に層間
絶縁膜３，１３を形成する。この時、本発明のように元
々が上に凸の半導体基板１の反りも、従来の下に凸の半
導体基板１１も、どちらも層間絶縁膜３，１３の応力に
より上に凸となる。

【００２４】続いて、図２c)に示すように、層間絶縁膜
３，１３が形成された各々の半導体基板１，１１に熱処
理を行う。

【００２５】この時、本発明が適用される上に凸の半導
体基板１は、図３a)の熱処理による応力挙動特性に示す
ように、温度の上昇により応力が＋（正）方向に増加す
ることによって上に凸の状態を保持する。これにより、
従来のようなエネルギーの増加に伴うＡｌ原子の移動現
象を生じることなく、Ａｌ原子の存在しない部分が発生
しないので、Ａｌ配線消失を防止することができる。

【００２６】一方、従来でも用いられるＡｌ配線１２の
形成時に下に凸の半導体基板１１は、層間絶縁膜１３の
形成で上に凸になり、さらに熱処理によって図３b)に示
すように温度の上昇で応力が−（負）方向へ増加するこ
とによって下に凸の状態まで変形する。そのために、半
導体基板１１の変形によるエネルギーが増大し、Ａｌ配
線消失が発生することになる。

【００２７】従って、本実施例によれば、Ａｌによる多
層配線プロセスでは、デバイス形成前に反りが上に凸で
ある図１のような半導体基板１を使用することにより、
Ａｌ配線消失を未然に防止することができ、これによっ
てデバイス信頼性を向上させることが可能となる。

【００２８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００２９】たとえば、本実施例の半導体基板について
は、デバイスを形成する際に、主面側に凸とされる半導
体基板、一例として約１〜２０μｍ程度の反りの半導体
基板１を選択する場合について説明したが、本発明は前
記実施例に限定されるものではなく、図４に示すような
平坦な半導体基板１ａを用いることによっても、Ａｌ配
線消失の防止効果を得ることができ、また反りの程度に
ついても、１μｍ以下または２０μｍ以上の半導体基板
についても適用可能である。

【００３０】また、Ｓｉの半導体基板１を用いた場合に
ついて説明したが、たとえばＧａＡｓなどの他の元素か
ら形成される半導体基板についても広く適用可能であ
る。

【００３１】さらに、半導体基板１としては、配線また
は多層配線が形成されるプリント基板などについても適
用可能である。

【００３２】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野であるＡｌ配線材料によ
る高集積ＬＳＩの半導体基板に適用した場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、たとえば融
点が１０２０℃以下の低融点金属材料を用いたデバイス
形成の半導体基板としても広く適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００３４】すなわち、半導体基板にデバイスを形成す
る際に、この半導体基板を反りの方向性の制約に基づい
て、たとえば主面側に凸とする半導体基板を選択し、こ
の選択された半導体基板にデバイスを形成することによ
り、デバイスプロセスにおいても主面側に凸の状態を保
持することができるので、熱処理時のエネルギーの増加
を抑圧し、Ａｌ配線消失の発生を防止することが可能と
なる。

【００３５】この結果、主面側に凸の半導体基板のみを
使用することによってＡｌ配線消失を防ぐことができ、
デバイス信頼性の向上が可能とされる半導体集積回路装
置の製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体集積回路装置の製造方法の一実
施例である半導体基板を示す断面図である。

【図２】本実施例と従来技術における半導体基板へのデ
バイスプロセスを比較して示す説明図である。

【図３】本実施例と従来技術における半導体基板への熱
処理による温度に対する応力挙動特性を比較して示す説
明図である。

【図４】本実施例の半導体基板における変形例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１，１ａ 半導体基板 ２ Ａｌ配線 ３ 層間絶縁膜 １１ 半導体基板 １２ Ａｌ配線 １３ 層間絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 修 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の主面上にデバイスを形成す
   る半導体集積回路装置の製造方法であって、前記半導体
   基板にデバイスを形成する際に、該半導体基板を反りの
   方向性の制約に基づいて選択し、該選択された半導体基
   板にデバイスを形成することを特徴とする半導体集積回
   路装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半導体基板の反りの方向性を、主面
   側に凸とすることを特徴とする請求項１記載の半導体集
   積回路装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記半導体基板を、Ｓｉまたは他の元素
   から形成することを特徴とする請求項１または２記載の
   半導体集積回路装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記半導体基板を、配線または多層配線
   が形成されるプリント基板とすることを特徴とする請求
   項１または２記載の半導体集積回路装置の製造方法。