JPH077800B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH077800B2
JPH077800B2 JP25897086A JP25897086A JPH077800B2 JP H077800 B2 JPH077800 B2 JP H077800B2 JP 25897086 A JP25897086 A JP 25897086A JP 25897086 A JP25897086 A JP 25897086A JP H077800 B2 JPH077800 B2 JP H077800B2
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洋 ▲高▼木
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体装置に関し、特にアルミニウム配線上
に形成する絶縁膜の構造に関するものである。
[従来の技術] 第3A図〜第3C図は、従来の半導体装置の製造方法を示す
工程断面図である。
この製造方法について説明すると、まず、シリコン(S
i)基板1にイオン注入などの方法により不純物拡散層
2を形成する。次に、シリコン基板1表面および不純物
拡散層2表面に、シリコン表面の保護および安定化のた
めのPSG(Phosphorus doped Silicon Glass)などの下
地絶縁膜3を堆積する。次に、下地絶縁膜3に不純物拡
散層2と電気的接続をとるためのコンタクトホール40を
形成する。次に、下地絶縁膜3表面およびコンタクトホ
ール40にスパッタ法や真空蒸着法によりアルミニウム
(Al)膜5を堆積する(第3A図)。次に、写真製版技術
およびエッチング技術を用いてアルミニウム膜5からア
ルミニウム配線50を形成する。このとき、酸素(O2)プ
ラズマによるレジスト除去などの処理がなされるので、
アルミニウム配線50表面は膜厚が100Å以下の薄いアル
ミナ膜6で覆われる(第1B図)。次に、下地絶縁膜3表
面およびアルミナ膜6表面にCVD法によりシリコン酸化
膜、PSG膜、シリコン窒化膜などの保護絶縁膜70を堆積
する(第3C図)。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の半導体装置は以上のように構成されているので、
半導体素子が微細化されアルミニウム配線50間の間隙や
コンタクトホール40の径がサブ・ミクロン領域に達する
と、これらの部分のアスペクト比が大きくなるので、CV
D法により保護絶縁膜70を堆積した場合、ステップ・カ
バレッジが悪くなったり空洞80ができたりする。このた
め、保護絶縁膜70の膜厚が薄い部分にクラック90が発生
したり、空洞80に水分や汚染物質が残りやすくなって、
半導体装置の耐湿性などの信頼性を劣化させるという問
題点があった。
このような問題点を解決する方法として、アルミニウム
配線50間の間隙やコンタクトホール40のアルミニウム配
線の段差部をシリカ・フイルムなどの塗布絶縁膜により
埋込み平坦化することが考えられる。しかし、第4図に
示すように、アルミニウム配線50形成後、下地絶縁膜3
表面およびアルミナ膜6表面に塗布絶縁膜100を塗布し
た場合、アルミニウム配線50と塗布絶縁膜100の熱膨張
係数の差が大きいこと、またアルミニウム配線50間の間
隙およびコンタクトホール40のアルミニウム配線の段差
部で塗布絶縁膜100が厚く塗られてしまうなどの理由か
ら、この塗布絶縁膜100中の溶剤を飛散させるための400
℃程度の熱処理を行なうと、塗布絶縁膜100にクラック9
1が発生してしまうという問題点があった。
さらに、第5図に示すように、アルミニウム配線50形成
後、まずCVD法などにより下地絶縁膜3表面およびアル
ミナ膜6表面にシリコン酸化膜、PSG膜、シリコン窒化
膜などの絶縁膜11を薄く堆積し、この後絶縁膜11表面に
塗布絶縁膜101を塗布するような場合も、絶縁膜11にク
ラック92が発生したり、またアルミニウム配線50間の間
隙やコンタクトホール40のアルミニウム配線の段差部が
サブ・ミクロン・レベルでありかつ絶縁膜11表面が疎水
性を持つため、液状の塗布絶縁膜101はこれらの部分に
入って行かず空洞81ができてしまうなどの問題点があっ
た。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、アルミニウム配線間の間隙やコンタクトホー
ルの径がサブ・ミクロン・レベルであっても、絶縁膜に
クラックや空洞が発生せず、耐湿性などの信頼性に優れ
た半導体装置を得ることを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る半導体装置は、下地絶縁膜表面およびこ
の下地絶縁膜に形成されたコンタクトホールに第1アル
ミニウム配線を形成し、下地絶縁膜表面および第1アル
ミニウム配線表面に液状の絶縁材料を含浸させた第1ア
ルミニウム水和酸化膜を形成したものである。
[作用] この発明においては、下地絶縁膜表面および第1アルミ
ニウム配線表面に液状の絶縁材料を含浸させた第1アル
ミニウム水和酸化膜を形成することによって、サブ・ミ
クロン・レベルの第1アルミニウム配線間の間隙および
コンタクトホールの第1アルミニウム配線の段差部を埋
込み平坦化することができ、第1アルミニウム水和酸化
膜表面に形成される第1絶縁膜(保護絶縁膜)のステッ
プ・カバレッジが良好となる。このため、絶縁膜にクラ
ックや空洞が発生せず半導体装置の耐湿性などの信頼性
が著しく向上する。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図について説明する。なお、
この実施例の説明において、従来の技術の説明と重複す
る部分については適宜その説明を省略する。
第1A図〜第1E図は、この発明の一実施例である半導体装
置の製造方法を示す工程断面図である。
この製造方法について説明すると、従来の製造方法と同
様な方法によりアルミニウム配線50を形成した後(第1A
図,第1B図)、酸素プラズマによるレジスト除去などの
処理により形成された膜厚が100Å以下の薄いアルミナ
膜6表面をアルゴン(Ar)イオンによりスパッタエッチ
してこのアルミナ膜6を除去する。これは、後の工程で
アルミニウム配線50表面にアルミニウム水和酸化膜を形
成するとき、アルミナ膜6があるとアルミニウム水和酸
化膜の成長速度が著しく小さくなって実用的とならない
からである。次に、アルミニウム配線50表面にイオン衝
撃によるダメージ層を形成し、表面改質を行なう。次
に、アルミニウム配線50を化学化成処理して下地絶縁膜
3表面およびアルミニウム配線50表面にアルミニウム水
和酸化膜12を形成する。化学化成処理として、たとえば
40℃以上の純水あるいは水蒸気中でアルミニウム配線50
を数十分程度処理すれば、アルミニウム配線50表面にア
ルミニウム水和酸化膜12を安定にかつ100Å/min以上の
高い成長速度で形成することができる。また90℃の純水
中にアルミニウム配線50を浸漬した場合、アルミニウム
水和酸化膜の成長速度は約1000Å/minとなるので、膜厚
が5000Å以上のアルミニウム水和酸化膜12を容易に形成
することができる。このアルミニウム水和酸化膜12の生
成反応は、化学化成処理中にアルミニウム配線50表面近
傍に形成される遷移層において、 2Al+6OH-+6H+→2Al3++6OH-+6H Al3++3OH-→Al(OH)3 なる反応が起こり、ここで形成された水酸化アルミニウ
ムがアルミニウム配線50表面に凝縮するという形で進む
ので、図に示すようにアルミニウム水和酸化膜12は等方
的に形成され、サブ・ミクロン・レベルのアルミニウム
配線50間の間隙やコンタクトホール40のアルミニウム配
線の段差部を埋込み平坦化することができる。ただ、化
学化成処理を行なった後のアルミニウム水和酸化膜12は
多量の水分を膜中に含むので、400〜500℃で数十分の熱
処理を行ない膜中の水分を除去する(第1C図)。水分を
除去した後のアルミニウム水和酸化膜12は多孔質である
ので、次に、液状の絶縁材料、たとえばシリカ・フイル
ム13をアルミニウム水和酸化膜12の全表面に塗布するこ
とによりシリカ・フイルムをアルミニウム水和酸化膜12
中に含浸させる(第1D図)。これに400℃程度の熱処理
を行ないシリカ・フイルム13中の溶剤を飛散させれば、
シリカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸化膜
120を得ることができる。この膜は多孔質でないので保
護絶縁膜として用いることができる。次に、CVD法によ
りシリカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸化
膜120表面にシリコン酸化膜、PSG膜、シリコン窒化膜な
どの保護絶縁膜71を堆積する。このとき、従来の半導体
装置で保護絶縁膜70などのクラックや空洞の原因となっ
ていた。サブ・ミクロン・レベルのアルミニウム配線50
間の間隙やコンタクトホール40のアルミニウム配線の段
差部は、シリカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水
和酸化膜120により埋込まれ平坦化されているので、保
護絶縁膜71のステップ・カバレッジは良好となり、絶縁
膜にクラックや空洞のない耐湿性などの信頼性に優れた
半導体装置を得ることができる。
なお、この実施例において、シリカ・フイルムを含浸さ
せたアルミニウム水和酸化膜120表面に保護絶縁膜71を
形成する場合について示したが、シリカ・フイルムを含
浸させたアルミニウム水和酸化膜120の保護絶縁膜とし
ての機能が充分あれば、保護絶縁膜71を形成しなくても
よい。
第2図は、この発明の他の実施例である半導体装置の構
造を示す断面図で、二層配線構造の場合を示している。
図において、下地絶縁膜3表面およびコンタクトホール
40に1層目アルミニウム配線51が形成されている。下地
絶縁膜3表面および1層目アルミニウム配線51表面にシ
リカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸化膜12
1が形成されており、シリカ・フイルムを含浸させたア
ルミニウム水和酸化膜121表面に層間絶縁膜72が形成さ
れている。シリカ・フイルムを含浸させたアルミニウム
水和酸化膜121および層間絶縁膜72に1層目アルミニウ
ム配線51と電気的接続をとるためのスルーホール41が形
成されており、層間絶縁膜72表面およびスルーホール41
に2層目アルミニウム配線52が形成されている。層間絶
縁膜72表面および2層目アルミニウム配線52表面にシリ
カ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸化膜122
が形成されており、シリカ・フイルムを含浸させたアル
ミニウム水和酸化膜122表面に保護絶縁膜73が形成され
ている。
このような二層配線構造の場合にも、上記実施例と同
様、絶縁膜にクラックや空洞のない耐湿性などの信頼性
に優れた半導体装置を得ることができる。
なお、この実施例において、シリカ・フイルムを含浸さ
せたアルミニウム水和酸化膜121の層間絶縁膜としての
機能が充分あれば層間絶縁膜72を形成しなくてもよく、
またシリカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸
化膜122の保護絶縁膜としての機能が充分あれば保護絶
縁膜73を形成しなくてもよい。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、下地絶縁膜表面および
第1アルミニウム配線表面に液状の絶縁材料を含浸させ
た第1アルミニウム水和酸化膜を形成するので、サブ・
ミクロン・レベルの第1アルミニウム配線間の間隙およ
びコンタクトホールの第1アルミニウム配線の段差部を
埋込み平坦化することができ、第1アルミニウム水和酸
化膜表面に形成される第1絶縁膜(保護絶縁膜)のステ
ップ・カバレッジが良好となる。このため、絶縁膜にク
ラックや空洞が発生せず耐湿性などの信頼性の高い半導
体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図〜第1E図は、この発明の一実施例である半導体装
置の製造方法を示す工程断面図である。 第2図は、この発明の他の実施例である半導体装置の構
造を示す断面図である。 第3A図〜第3C図は、従来の半導体装置の製造方法を示す
工程断面図である。 第4図は、従来の他の半導体装置の構造を示す断面図で
ある。 第5図は、従来のさらに他の半導体装置の構造を示す断
面図である。 図において、1はシリコン基板、2は不純物拡散層、3
は下地絶縁膜、40はコンタクトホール、41はスルーホー
ル、5はアルミニウム膜、50はアルミニウム配線、51は
1層目アルミニウム配線、52は2層目アルミニウム配
線、6はアルミナ膜、71,73は保護絶縁膜、72は層間絶
縁膜、12はアルミニウム水和酸化膜、120,121,122はシ
リカ・フイルムを含浸させたアルミニウム水和酸化膜、
13はシリカ・フイルムである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 健二 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 中村 充善 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (72)発明者 ▲高▼木 洋 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板と、 前記半導体基板表面に形成される不純物拡散層と、 前記半導体基板表面および前記不純物拡散層表面に形成
    される下地絶縁膜とを備え、 前記下地絶縁膜には前記不純物拡散層と電気的接続をと
    るためのコンタクトホールが形成されており、 前記下地絶縁膜表面および前記コンタクトホールに形成
    される第1アルミニウム配線と、 前記下地絶縁膜表面および前記第1アルミニウム配線表
    面に形成され、液状の絶縁材料を含浸させた第1アルミ
    ニウム水和酸化膜とを備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】さらに、前記第1アルミニウム水和酸化膜
    表面に第1絶縁膜を備えた特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第1アルミニウム水和酸化膜および前
    記第1絶縁膜には前記第1アルミニウム配線と電気的接
    続をとるためのスルーホールが形成されており、 さらに、前記第1絶縁膜表面および前記スルーホールに
    形成される第2アルミニウム配線と、 前記第1絶縁膜表面および前記第2アルミニウム配線表
    面に形成され、前記液状の絶縁材料を含浸させた第2ア
    ルミニウム水和酸化膜とを備えた特許請求の範囲第2項
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】さらに、前記第2アルミニウム水和酸化膜
    表面に形成される第2絶縁膜を備えた特許請求の範囲第
    3項記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】前記液状の絶縁材料はシリカ・フィルムで
    ある特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記
    載の半導体装置。
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