JPH08213456A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08213456A
JPH08213456A JP1704995A JP1704995A JPH08213456A JP H08213456 A JPH08213456 A JP H08213456A JP 1704995 A JP1704995 A JP 1704995A JP 1704995 A JP1704995 A JP 1704995A JP H08213456 A JPH08213456 A JP H08213456A
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JP
Japan
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insulating film
film
coating
coating insulating
semiconductor device
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Application number
JP1704995A
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English (en)
Inventor
Susumu Tajima
享 田島
Jiyunko Matsubara
潤子 松原
Etsushi Adachi
悦志 足立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層配線構造の層間絶縁膜に用いる塗布絶縁
膜が、上層膜形成時にプラズマに晒されて劣化するのを
防止して信頼性の向上した層間絶縁膜を得る。 【構成】 下層配線2上にポリイミド樹脂から成る塗布
絶縁膜7を形成し、その上にEB真空蒸着法によるSi
2膜8を形成し、さらにその上にプラズマCVD法に
よるSiO2膜9を形成して三層から成る層間絶縁膜1
0を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に関し、特
に多層配線間の層間絶縁膜に用いられる塗布絶縁膜とそ
の上層膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化、集積化、ま
た高速化により、半導体装置の多層配線化は不可欠であ
る。多層配線では、下地の段差が大きいと上層配線の信
頼性に大きく影響する。このため優れた平坦性を有する
良質の層間絶縁膜の形成が必要とされている。従来より
半導体装置の層間絶縁膜には、ポリイミド樹脂やSOG
(SpinOn Glass)膜等の有機系の塗布絶縁
膜が良好な平坦性を持つ膜として用いられている。
【0003】図6は従来の半導体装置の一例を示す断面
図である。図に示す様に、素子構成されたシリコン単結
晶等から成る半導体基板1(以下、基板と称す)の表面
にAl合金等の下層配線2を形成し、その上にポリイミ
ド樹脂から成る塗布絶縁膜3を形成し、その上にスパッ
タリング法によるAl合金等の上層配線4を、塗布絶縁
膜3に設けた接続孔(図示せず)を介して下層配線2に
接続させて形成したものである。
【0004】従来の半導体装置の別例に、層間絶縁膜と
して有機系の塗布絶縁膜とその上にシリコン酸化膜(S
iO2)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸化窒
化膜(SiON)等の無機系絶縁膜をプラズマCVD法
またはスパッタリング法で形成したものがある。例えば
特開平3−209828号公報に示された半導体装置で
は、ポリイミド系の塗布絶縁膜上にプラズマCVD法ま
たはスパッタリング法によりSiN膜またはSiON膜
を形成している。また、例えば特開平3−24784号
公報に示された半導体装置では、図7に示す様に下層配
線2と上層配線4との間に、プラズマCVD法による第
1のSiN膜5、SOG膜から成る塗布絶縁膜3、プラ
ズマCVD法による第2のSiN膜6を積層して層間絶
縁膜としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置は以
上の様に、層間絶縁膜に用いられる塗布絶縁膜上に、プ
ラズマCVD法またはスパッタリング法を用いた上層膜
(上層配線4または無機系絶縁膜)を形成していた。こ
の様な構成では塗布絶縁膜がその上に上記上層膜を形成
する際に直接プラズマに晒されて、プラズマ中のイオ
ン、ラジカルが塗布絶縁膜を攻撃する。塗布絶縁膜中の
有機物は特にスパッタされ易く、塗布絶縁膜の表面の荒
れや劣化が生じるものであった。さらに、プラズマCV
D法またはスパッタリング法では通常高周波(RF(R
adio Frequency))グロー放電を利用す
るが、プラズマ中の活性種が励起状態から基底状態に戻
るとき、そのエネルギーに相当する波長の光を発する。
条件によっては短波長の強い紫外線が発生し、これが有
機膜である塗布絶縁膜の結合を切断することもあった。
【0006】ところで、塗布絶縁膜上に形成される無機
系絶縁膜がSiN膜である場合は、ソースにSiH4
NH3、N2等を用いることが多いため下地(塗布絶縁
膜)に対して活性の高いラジカルが比較的発生しにくい
が、SiO2膜、SiON膜である場合は、ソースにN2
O、O2を用いることもあり下地に対して活性の高いラ
ジカルが発生し、悪影響も大きくなる。また、ステップ
カバレッジが良好なテトラエチルオルトシリケート(T
EOS)をソースとするSiO2膜も多く用いられる
が、膜質の点から、TEOS中のカーボンを酸化除去し
ながらシリコンの酸化を促進する役割をするO2を併用
するのが一般的である。このため酸素ラジカルが下地に
悪影響を与え、灰化による表面の荒れや膜厚減少が起き
る。さらに表面が異質となり、温度変化が加わると応力
が発生しクラックに至ることもある。
【0007】上記の様な塗布絶縁膜へのダメージを低減
する方法として、例えば特開昭64−77131号公報
および特開平6−77208号公報に示される様に、塗
布絶縁膜上にイオンビームアシストによる真空蒸着によ
って無機系絶縁膜を形成する方法がある。しかし、この
方法ではイオンビームのエネルギーと塗布絶縁膜の持つ
結合力との比較により塗布絶縁膜表面をスパッタしてし
まうこともあり、塗布絶縁膜の表面荒れや膜厚減少等劣
化される場合があった。例えば塗布絶縁膜に弗素系樹脂
やポリイミド樹脂を用いた場合は、低いイオンエネルギ
ーで劣化する。この様に、イオンビームのエネルギーと
塗布絶縁膜の性質とを最適化する必要があり、汎用性に
欠けるものであり、しかも高価な蒸着装置を用いなけれ
ばならないという問題点があった。
【0008】一方、例えば特開平3−34558号公報
に示された従来の半導体装置では、塗布絶縁膜の表面を
Arスパッタ等により改質した後、プラズマCVD法ま
たはスパッタリング法による無機系絶縁膜を形成してい
る。しかしながら無機系絶縁膜の成膜が、酸素ラジカル
等の影響を受ける強い酸化条件であれば、やはり下地は
劣化する。しかも表面改質を行うため工程は複雑とな
る。また、例えば特開平3−34321号公報に示され
た半導体装置では、塗布絶縁膜を犠牲層として用い、表
面平坦化のためにエッチバックして完全に除去した後、
プラズマCVD法による無機系絶縁膜を形成している
が、工程が複雑になる上、パーティクルが発生する問題
がある。
【0009】この発明は、上記の様な問題点を解消する
ためになされたもので、多層配線構造の層間絶縁膜に用
いられる塗布絶縁膜の劣化を防止して信頼性の高い層間
絶縁膜を有する半導体装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体装置は、半導体基板上に下層配線と上層配線と
これら上下配線を絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設け
られ、上記層間絶縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布
絶縁膜上に形成された、真空蒸着法による無機系絶縁膜
とを有するものである。
【0011】この発明の請求項2に係る半導体装置は、
半導体基板上に下層配線と上層配線とこれら上下配線を
絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けられ、上記層間絶
縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶縁膜上に形成さ
れた、熱CVD法による無機系絶縁膜とを有するもので
ある。
【0012】この発明の請求項3に係る半導体装置は、
半導体基板上に下層配線と上層配線とこれら上下配線を
絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けられ、上記層間絶
縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶縁膜上に形成さ
れた、リモートプラズマCVD法による無機系絶縁膜と
を有するものである。
【0013】この発明の請求項4に係る半導体装置は、
半導体基板上に下層配線と上層配線とこれら上下配線を
絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けられ、上記層間絶
縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶縁膜上に形成さ
れた、イオンクラスタビーム蒸着法による無機系絶縁膜
とを有するものである。
【0014】この発明の請求項5に係る半導体装置は、
請求項1〜4のいずれかに記載の無機系絶縁膜を第1の
無機系絶縁膜とし、その上にさらにプラズマCVD法に
よる第2の無機系絶縁膜を形成し、有機系塗布絶縁膜と
上記第1の無機系絶縁膜と上記第2の無機系絶縁膜とで
層間絶縁膜を構成したものである。
【0015】この発明の請求項6に係る半導体装置は、
半導体基板上に下層配線と上層配線とこれら上下層配線
を絶縁する有機系塗布絶縁膜とを有し、上記上層配線と
なる真空蒸着法による導電膜が、上記塗布絶縁膜上に接
して形成されたものである。
【0016】この発明の請求項7に係る半導体装置は、
半導体基板上に下層配線と上層配線とこれら上下層配線
を絶縁する有機系塗布絶縁膜とを有し、上記上層配線と
なる熱CVD法による導電膜が、上記塗布絶縁膜上に形
成されたものである。
【0017】この発明の請求項8に係る半導体装置は、
上層配線が、真空蒸着法または熱CVD法による第1の
導電膜と、この第1の導電膜上に形成されたスパッタリ
ング法による第2の導電膜とで構成されたものである。
【0018】この発明の請求項9に係る半導体装置は、
塗布絶縁膜がポリイミド樹脂から成るものである。
【0019】この発明の請求項10に係る半導体装置
は、塗布絶縁膜がシリケート系SOG膜から成るもので
ある。
【0020】この発明の請求項11に係る半導体装置
は、塗布絶縁膜がシロキサン膜から成るものである。
【0021】この発明の請求項12に係る半導体装置
は、塗布絶縁膜がラダーオルガノシロキサン膜から成る
ものである。
【0022】
【作用】この発明による半導体装置は、層間絶縁膜が、
有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶縁膜上に形成された真空
蒸着法による無機系絶縁膜とを有する。このため製造工
程において、塗布絶縁膜上に真空蒸着法による無機系絶
縁膜を形成するため、塗布絶縁膜がプラズマに晒される
ことがなく、プラズマ中のラジカルやイオンの悪影響に
よる塗布絶縁膜の劣化が防止できる。これにより、信頼
性の高い層間絶縁膜が得られる。また、上記の様な半導
体装置は、その製造工程において特に高価な装置や複雑
な工程を必要としないため、容易に製造できる。
【0023】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
熱CVD法による無機系絶縁膜を有するため、製造工程
において塗布絶縁膜がプラズマに晒されることがなく上
記と同様の効果が得られる。
【0024】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
リモートプラズマCVD法による無機系絶縁膜を有す
る。リモートプラズマCVD法では、プラズマ放電部と
被処理基板とが離れているため塗布絶縁膜がプラズマに
晒されることがなく上記と同様の効果が得られる。
【0025】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
イオンクラスタビーム蒸着法による無機絶縁膜を有す
る。イオンクラスタビーム蒸着法では、イオン化部と被
処理基板とが離れているため、塗布絶縁膜がダメージを
受けることなく上記と同様の効果が得られる。
【0026】また、この発明によると、層間絶縁膜を塗
布絶縁膜と、この塗布絶縁膜上に、上述した様に形成時
に塗布絶縁膜にダメージを与えない第1の無機系絶縁膜
と、さらにこの上にプラズマCVD法による第2の無機
系絶縁膜とで構成する。この様に、上層に緻密で膜質の
良いプラズマCVD法による第2の無機系絶縁膜を設け
たため、塗布絶縁膜の劣化を防止し、さらに良質で信頼
性の高い層間絶縁膜が得られる。また、上層にプラズマ
CVD法による第2の無機系絶縁膜を形成するため、第
1の無機系絶縁膜は、下地の塗布絶縁膜がプラズマの影
響を受けない程度に薄く形成すれば良く、有機系塗布絶
縁膜と第1の無機系絶縁膜との密着性が向上する。
【0027】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
接して真空蒸着法による導電膜を形成したため、製造工
程において塗布絶縁膜がプラズマに晒されることがな
く、塗布絶縁膜の劣化が防止でき信頼性が向上する。ま
た特に高価な装置や複雑な工程を必要とせず容易に製造
できる。
【0028】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
熱CVD法による導電膜を形成したため、製造工程にお
いて塗布絶縁膜がプラズマに晒されることがなく、塗布
絶縁膜の劣化が防止でき上記と同様の効果が得られる。
【0029】また、この発明によると、塗布絶縁膜上の
上層配線が、上述した様に形成時に塗布絶縁膜にダメー
ジを与えない第1の導電膜と、この第1の導電膜上のス
パッタリング法による第2の導電膜とで構成される。こ
のため、塗布絶縁膜の劣化が防止でき、さらに低抵抗で
良質な上層配線が得られる。
【0030】また、この発明によると、塗布絶縁膜をポ
リイミド樹脂で構成したため、塗布絶縁膜がプラズマに
晒されない方法で上層配線を形成することにより、塗布
絶縁膜の表面の荒れや膜厚減少等の劣化が防止でき、信
頼性が向上する。
【0031】また、この発明によると、塗布絶縁膜をシ
リケート系SOG膜で構成したため、塗布絶縁膜がプラ
ズマに晒されない方法で上層配線を形成することによ
り、塗布絶縁膜の膜中のピンホールの増大等の劣化が防
止でき、信頼性が向上する。
【0032】また、この発明によると、塗布絶縁膜をシ
ロキサン膜で構成したため、塗布絶縁膜がプラズマに晒
されない方法で上層配線を形成することにより、塗布絶
縁膜の劣化が防止でき信頼性が向上する。
【0033】また、この発明によると、塗布絶縁膜をラ
ダーオルガノシロキサン膜で構成したため、塗布絶縁膜
がプラズマに晒されない方法で上層配線を形成すること
により、塗布絶縁膜の劣化が防止でき信頼性が向上す
る。
【0034】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図1について説
明する。なお、従来の技術と重複する箇所は、適宜その
説明を省略する。図において、1、2、および4は従来
のものと同じもの、7は下層配線2上に形成されたポリ
イミド樹脂から成る塗布絶縁膜(以下、ポリイミド膜と
称す)、8はポリイミド膜7上に電子線(EB)真空蒸
着法により形成された第1の無機系絶縁膜としてのSi
2膜(以下、真空蒸着SiO2膜と称す)、9は真空蒸
着SiO2膜8上にプラズマCVD法により形成された
第2の無機系絶縁膜としてのSiO2膜(以下、プラズ
マCVD−SiO2膜と称す)、10はポリイミド膜
7、真空蒸着SiO2膜8、およびプラズマCVD−S
iO2膜9が積層されて成る層間絶縁膜で、下層配線2
と上層配線4とを絶縁するものである。
【0035】この様に構成される半導体装置の製造方法
を図2に基づいて以下に示す。まず、素子構成された基
板1の表面にAl合金等の下層配線2を形成し、その上
の全面にポリアミック酸のNMP溶液を回転塗布した
後、最終キュア温度約350℃で熱処理することにより
ポリイミド膜7を約0.3μmの膜厚に形成する(図2
(a))。次に、ポリイミド膜7上の全面に真空蒸着S
iO2膜8を、SiO2をソースとするEB真空蒸着法に
より、圧力:1×10-5Torr、基板温度:200℃
で約50nmの膜厚に形成する(図2(b))。次に、
真空蒸着SiO2膜8上の全面にプラズマCVD−Si
2膜9を、TEOSとO2をソースとするプラズマCV
D法により、圧力:2Torr、RF電力:800Wで
約0.4μmの膜厚に形成して、多層構造の層間絶縁膜
10を形成する(図2(c))。その後、層間絶縁膜1
0上にAl合金等の上層配線4を、層間絶縁膜10に設
けた接続孔(図示せず)を介して下層配線2に接続させ
て形成する(図1参照)。
【0036】上記実施例1では、ポリイミド膜7上に真
空蒸着SiO2膜8を形成するため、ポリイミド膜7表
面がプラズマに晒されることはない。すなわちプラズマ
中のイオン、ラジカルによる悪影響を受けないため、ポ
リイミド膜7がダメージを受けて劣化することはない。
上記実施例1において、真空蒸着SiO2膜8を設けな
いで、その他を同じ条件にしてポリイミド膜7上に直接
プラズマCVD−SiO2膜9を形成する比較実験を実
施すると、ポリイミド膜7に表面の荒れおよび膜厚減少
が見られ、その後の半導体装置の高温高湿試験で不良が
発生した。
【0037】この様に、上記実施例1では、ポリイミド
膜7上に真空蒸着SiO2膜8を形成した後プラズマC
VD−SiO2膜9を形成して層間絶縁膜10を構成す
るため、ポリイミド膜7の劣化が防止され、信頼性の高
い層間絶縁膜10が得られ、その後の半導体装置の高温
高湿試験でも不良を発生せず良好な特性が得られる。ま
た、真空蒸着法による膜はステップカバレジ性が比較的
劣るものであるが、表面平坦性の良好な塗布絶縁膜上に
形成されるため問題なく、さらに上層に緻密で膜質の良
いプラズマCVD−SiO2膜9を形成するため、高性
能で信頼性の高い層間絶縁膜が得られる。また、真空蒸
着SiO2膜8をポリイミド膜7上にプラズマの影響を
受けない程度に薄く形成するため、有機系の塗布絶縁膜
(ポリイミド膜7)と無機系絶縁膜(真空蒸着SiO2
膜8、プラズマCVD−SiO2膜9)との密着性も向
上でき、層間絶縁膜10の信頼性をさらに高める。ま
た、この様な半導体装置を、特に高価な装置や複雑な工
程を必要とせず容易に製造できる。
【0038】なお、真空蒸着SiO2膜8は、EB真空
蒸着法に限らず、イオンビーム等を併用しない通常の真
空蒸着法により形成しても良い。また、上記実施例1で
は、真空蒸着SiO2膜8上に絶縁膜(プラズマCVD
−SiO2膜9)を形成したが、上層配線4となる導電
膜を形成しても良く、いずれの場合も真空蒸着SiO2
膜8を有することで下地のポリイミド膜7がプラズマの
悪影響を受けることがなく同様の効果が得られる。
【0039】実施例2.次に、塗布絶縁膜にシリケート
系SOG膜を用いた場合について説明する。シリケート
系SOGは、RonSi(OH)4-n(n=1〜4の整
数、Roは水素、アルキル基等)の珪素化合物を主成分
とし、エステル、アルコールなどを溶剤とする塗布液で
ある。まず、上記実施例1と同様に下層配線2を形成し
た後、その上の全面に、例えばSi(OH)4を主成分
とするシリケート系SOGを回転塗布した後、約400
℃で熱処理してシリケート系SOG膜を約0.3μmの
膜厚に形成する。この後上記実施例1と同様に真空蒸着
SiO2膜8およびプラズマCVD−SiO2膜9を順次
形成して、多層構造の層間絶縁膜を得る。
【0040】上記実施例2においても、シリケート系S
OG膜がプラズマに晒されて劣化することが防止でき
る。この場合も、真空蒸着SiO2膜8を設けないで、
その他を同じ条件にしてシリケート系SOG膜上に直接
プラズマCVD−SiO2膜9を形成する比較実験を実
施すると、シリケート系SOG膜中のピンホールが増大
し、その後の半導体装置の高温高湿試験で不良が発生し
た。シリケート系SOG膜中には、SOG原料に含まれ
合成中に残存する有機成分、および有機溶剤が膜中に不
純物として残る有機成分等が微量に含有されている。こ
のためシリケート系SOG膜上に直接プラズマCVD−
SiO2膜9を形成するとこれらの有機成分が酸素ラジ
カル、イオンに攻撃され、元来塗布絶縁膜に潜在するピ
ンホールを増大させる。
【0041】この様に、上記実施例2では、シリケート
系SOG膜上に真空蒸着SiO2膜8を形成した後プラ
ズマCVD−SiO2膜9を形成して層間絶縁膜を構成
するため、シリケート系SOG膜中のピンホールの増大
等のシリケート系SOG膜の劣化が防止され、上記実施
例1と同様に、信頼性の高い層間絶縁膜が得られる。
【0042】実施例3.次に、塗布絶縁膜にSOG膜の
一種であるシロキサン膜を用いた場合について説明す
る。下層配線2上の全面に、化学式1
【0043】
【化1】
【0044】(ただし、R1、R2、Rは水素原子、低級
アルキル基(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチ
ル、アミル基)、アリル基、またはフェニル基のいずれ
かで、R1、R2、Rは同種でも異種でも良い。nは重量
平均分子量(Mw)が2000〜200000となりう
る整数を示す(Mw<2000では塗布した膜にクラッ
クが発生し易い。またMw>200000では、使用で
きる溶剤の種類が限られ、さらに溶液粘度が高くなりや
すく扱いにくい。))で表されるラダーオルガノシロキ
サンのうち、例えばR1、R2はフェニル基、Rは水素、
nはMw=150000となる整数で表されるラダーオ
ルガノシロキサンのアニソール溶液を回転塗布し、約4
00℃で熱処理してラダーオルガノシロキサン膜を約
0.3μmの膜厚に形成する。この後上記実施例1と同
様に真空蒸着SiO2膜8およびプラズマCVD−Si
2膜9を順次形成して、多層構造の層間絶縁膜を得
る。
【0045】上記実施例3においても、ラダーオルガノ
シロキサン膜がプラズマに晒されて劣化することが防止
できる。この場合も真空蒸着SiO2膜8を設けないで
比較実験を行うと、プラズマ中の酸素ラジカル、イオン
が直接ラダーオルガノシロキサン膜に照射してシロキサ
ン側鎖の有機基(この場合ベンゼン環)と急激に反応
し、クラックが発生したり発泡することがあった。ま
た、プラズマ中のラジカルが基底状態に戻るときの短波
長の発光がベンゼン環に吸収され、そのエネルギーによ
りラダーオルガノシロキサン膜が変質することもあっ
た。この様なラダーオルガノシロキサン膜の劣化によ
り、その後の半導体装置の高温高湿試験で不良が発生し
た。
【0046】この様に上記実施例3では、ラダーオルガ
ノシロキサン膜上に真空蒸着SiO2膜8を形成した後
プラズマCVD−SiO2膜9を形成して層間絶縁膜を
構成するため、ラダーオルガノシロキサン膜の、クラッ
クの発生、発泡、および変質等の劣化が防止され、上記
実施例1と同様に信頼性の高い層間絶縁膜が得られる。
【0047】実施例4.なお、上記実施例3では、
1、R2はフェニル基、Rは水素、nはMw=1500
00となる整数の場合のラダーオルガノシロキサンを用
いたが、R1、R2、R、nのその他の組み合わせの例を
以下の表1に示す。
【0048】
【表1】
【0049】表に示すNo.1〜16のそれぞれについ
て、真空蒸着SiO2膜8を設けないで直接プラズマC
VD−SiO2膜9を形成する比較実験を行うと、側鎖
にフェニル基をもつラダーオルガノシロキサンを用いた
場合、上記実施例3と同様の結果を得た。No.3〜1
1に示すラダーオルガノシロキサンを用いた場合、短波
長の紫外線の吸収が小さいため、それによる変質はない
が、メチル基、プロキル基は酸素ラジカル、イオンによ
って灰化するためラダーオルガノシロキサン膜は劣化し
た。カーボンを含まず水素のみのものは、上記の様な問
題はないが、上記実施例2で示した様なピンホールの増
大が発生することがあった。
【0050】この様に上記実施例4では、上記表のN
o.1〜16に示すラダーオルガノシロキサンを用いた
ラダーオルガノシロキサン膜上に真空蒸着SiO2膜8
を形成した後プラズマCVD−SiO2膜9を形成して
層間絶縁膜を構成するため、上述した比較実験結果の様
なラダーオルガノシロキサン膜の劣化が防止され、信頼
性の高い層間絶縁膜が得られ、その後の半導体装置の高
温高湿試験で良好な結果が得られた。
【0051】なお、ラダーオルガノシロキサン膜以外の
シロキサン膜を塗布絶縁膜に用いても、同様に信頼性の
高い層間絶縁膜が得られる。
【0052】実施例5.次に、塗布絶縁膜上に熱CVD
法によって第1の無機系絶縁膜としてのSiO2膜を形
成する場合について説明する。下層配線2上に上記実施
例3と同様にラダーオルガノシロキサン膜から成る塗布
絶縁膜を形成し、次いで塗布絶縁膜上にSiO2膜を、
熱CVD法により、形成温度:500℃、圧力:1To
rr、SiH4とO2をソースとして約50nmの膜厚に
形成する。その後上記実施例1と同様にプラズマCVD
−SiO2膜9を形成して多層構造の層間絶縁膜を得
る。
【0053】熱CVD法によるSiO2膜の形成温度
は、下地の塗布絶縁膜の耐熱性によって決まり、500
℃程度の比較的低温で形成するため、下地の塗布絶縁膜
を攻撃するほどの活性酸素は発生しない。このため塗布
絶縁膜がダメージを受けて劣化することなく上記実施例
1と同様に信頼性の高い層間絶縁膜が得られる。また、
熱CVD法によるSiO2膜は、単独では絶縁膜として
性能が劣るものであるが、下地がプラズマの影響を受け
ない程度に薄く形成し、上層に緻密で膜質の良いプラズ
マCVD−SiO2膜9を形成するため高性能な層間絶
縁膜が得られる。
【0054】なお、塗布絶縁膜には上記実施例1、2お
よび4で示したものを用いても良く、同様な効果を得
る。
【0055】実施例6.次に、塗布絶縁膜上にリモート
プラズマCVD法によって第1の無機系絶縁膜としての
SiO2膜を形成する場合について説明する。下層配線
2上に上記実施例3と同様にラダーオルガノシロキサン
膜から成る塗布絶縁膜を形成し、次いで塗布絶縁膜上に
SiO2膜を、リモートプラズマCVD法により、μ波
電力:800W、圧力:0.5Torr、SiH4とO2
をソースとして約50nmの膜厚に形成する。その後上
記実施例1と同様にプラズマCVD−SiO2膜9を形
成して多層構造の層間絶縁膜を得る。
【0056】リモートプラズマCVD法は、図3にその
概念図を示す。図において、11は被処理基板(以下、
基板と称す)、12は反応室、13はプラズマ放電部、
14はμ波マグネトロン、15は導波管である。図に示
す様に、活性種を発生するプラズマ放電部13と基板1
1は離れており、プラズマは直接基板11に照射されな
い。μ波で励起された活性種はRFによるものに比べ寿
命が長く、中性ラジカルが拡散と圧力勾配によって基板
11に輸送され膜形成に寄与する。この様に、リモート
プラズマ法では基板11にイオン等のダメージを与えず
に膜形成が行えるため、上記実施例6では塗布絶縁膜に
ダメージを与えて劣化させることなくSiO2膜が形成
できる。また、リモートプラズマCVD法によるSiO
2膜は膜質、形成時の成長速度が比較的劣るものである
が、下地がプラズマの影響を受けない程度に薄く形成
し、上層に緻密で膜質の良いプラズマCVD−SiO2
膜9を形成するため高性能で信頼性の高い層間絶縁膜が
得られる。
【0057】なお、この場合も塗布絶縁膜には、上記実
施例1、2および4で示したものを用いても良く、同様
な効果が得られる。
【0058】実施例7.次に、塗布絶縁膜上にイオンク
ラスタビーム(ICB)蒸着法によって第1の無機系絶
縁膜としてのSiO2膜を形成する場合について説明す
る。下層配線2上に上記実施例3と同様にラダーオルガ
ノシロキサン膜から成る塗布絶縁膜を形成し、次いで塗
布絶縁膜上にSiO2膜を、ICB蒸着法により、圧
力:1×10-5Torr、基板温度:200℃、ソース
温度:1100℃で約50nmの膜厚に形成する。その
後上記実施例1と同様にプラズマCVD−SiO2膜9
を形成して多層構造の層間絶縁膜を得る。
【0059】ICB蒸着法は、図4にその概念図を示
す。図において、16はるつぼ、17は蒸着源となる原
料、18はチャンバ、19は原子クラスター、20は電
気抵抗器による加熱手段、21はEB照射による加熱手
段、22は噴射ノズル、23はイオン化グリッド、24
はイオン化部である。図に示す様に、るつぼ16内の原
料17を、その融点により電気抵抗器のジュール熱2
0、またはEB照射21により加熱して、噴射ノズル2
2よりチャンバ18内へ噴射させる。このとき断熱膨張
による過冷却により103個程度の原子クラスター19
を形成しこれが基板11上に、噴射時の運動エネルギー
により輸送され膜形成に寄与する。原子クラスター19
にイオン化グリッド23から電子を照射してクラスタイ
オンとし負バイアスで加速することもできるが、この塗
布絶縁膜上に膜形成を行うこの実施例では用いない方が
好ましい。
【0060】この様なICB蒸着法を用いてSiO2
形成する場合、融点の比較的低いSiOを原料17に用
い、チャンバ18雰囲気にO2を用い酸化によりSiO2
とする。上述したICB蒸着法では、原子クラスター1
9発生部およびイオン化部24が基板11と離れている
ため、基板11にダメージを与えずに膜形成が行える。
すなわち、上記実施例7では塗布絶縁膜にダメージを与
えて劣化させることなくSiO2膜が形成できる。ま
た、ICB蒸着法による膜は真空蒸着法によるものと同
様にステップカバレジ性が比較的劣るものであるが、表
面平坦性の良好な塗布絶縁膜上に形成されるため問題な
く、さらに上層に緻密で膜質の良いプラズマCVD−S
iO2膜9を形成するため、高性能で信頼性の高い層間
絶縁膜が得られる。
【0061】なお、この場合も塗布絶縁膜には、上記実
施例1、2、および4で示したものを用いても良く、同
様の効果が得られる。
【0062】また、実施例1〜7において第1および第
2の無機系絶縁膜としてSiO2膜を用いたが、これに
限定されずSiN膜等他の絶縁膜でも良い。
【0063】実施例8.次に、塗布絶縁膜を層間絶縁膜
として用い、その上にEB真空蒸着法により導電膜を形
成する場合について図5について説明する。図におい
て、25は上記実施例3で用いたラダーオルガノシロキ
サン膜から成る塗布絶縁膜、26は塗布絶縁膜25上に
EB真空蒸着法によって形成された第1の導電膜として
の真空蒸着Al膜、27は真空蒸着Al膜26上に高周
波スパッタリング法により形成された、例えばAlSi
Cu等から成る第2の導電膜としてのスパッタAl合金
膜である、28は真空蒸着Al膜26とスパッタAl合
金膜27とが積層されて成る上層配線である。
【0064】この様に構成される半導体装置の製造方法
を以下に示す。まず、素子構成された基板1の表面にA
l合金等の下層配線2を形成し、その上の全面に上記実
施例3と同様にラダーオルガノシロキサン膜25を形成
する。その後、接続孔(図示せず)を形成後、ラダーオ
ルガノシロキサン膜25上の全面に真空蒸着Al膜26
を、AlをソースとするEB真空蒸着法により、圧力:
1×10-5Torr、基板温度:200℃で約0.1μ
mの膜厚に形成する。さらに、真空蒸着Al膜26上の
全面にAl合金をターゲットとする高周波スパッタリン
グ法によるスパッタAl合金膜27を約0.5μmの膜
厚に形成した後、スパッタAl合金膜27/真空蒸着A
l膜26をパターニングして上層配線28を形成する。
【0065】上記実施例8では、ラダーオルガノシロキ
サン膜25上に真空蒸着Al膜26を形成するため、ラ
ダーオルガノシロキサン膜25がプラズマに晒されてダ
メージを受けることがなく、劣化が防止できる。上記実
施例8において、真空蒸着Al膜26を設けないで、そ
の他を同じ条件にしてラダーオルガノシロキサン膜25
上に直接スパッタAl合金膜27を形成する比較実験を
行うと、Ar+イオンはバイアスによりターゲットへ動
き、対向側のラダーオルガノシロキサン膜25への影響
は比較的少ないが、中性ラジカルの影響や、上記実施例
3で示した比較実験と同様の現象が発生し、ラダーオル
ガノシロキサン膜25が劣化し、その後の半導体装置の
高温高湿試験で不良が発生した。
【0066】この様に上記実施例8では、ラダーオルガ
ノシロキサン膜25上に、真空蒸着Al膜26を形成し
た後スパッタAl合金膜27を形成して上層配線28を
構成したため、ラダーオルガノシロキサン膜25の劣化
が防止され、信頼性の高い半導体装置が得られる。また
この様な装置を、特に高価な装置や複雑な工程を必要と
せず容易に製造できる。
【0067】なお、真空蒸着Al膜26は、EB真空蒸
着法に限らず、イオンビーム等を併用しない通常の真空
蒸着法により形成しても良い。
【0068】実施例9.次に、塗布絶縁膜上に熱CVD
法により第1の導電膜を形成する場合について説明す
る。上記実施例8と同様に下層配線2上にラダーオルガ
ノシロキサン膜25から成る塗布絶縁膜を形成し、次い
で接続孔を形成後、ラダーオルガノシロキサン膜25上
の全面に第1の導電膜としてのW膜を、WF6をソース
とする熱CVD法により、WF6流量:50SCCM、基板
温度:500℃、圧力80Torrで行った。その後上
記実施例8と同様にスパッタAl合金膜27を形成した
後スパッタAl合金膜27/W膜をパターニングして上
層配線を形成する。
【0069】上記実施例9においても、ラダーオルガノ
シロキサン膜26の劣化が防止でき上記実施例8と同様
の効果が得られる。
【0070】なお、上記実施例8および9において、塗
布絶縁膜には上記実施例1、2および4で示したものを
用いても良く、同様な効果を得る。また、第1および第
2の導電膜についても上記実施例8および9に示したも
のに限るものではなく、他の導電性膜を用いても良い。
【0071】また更に、第2の導電膜を形成しないで、
第1の導電膜のみで上層配線とする事もできる。
【0072】
【発明の効果】以上の様に、この発明によると、層間絶
縁膜が、有機系塗布絶縁膜と、この塗布絶縁膜上に形成
された真空蒸着法による無機系絶縁膜とを有するため、
製造工程において、塗布絶縁膜がプラズマに晒されるこ
とがなく、塗布絶縁膜の劣化が防止でき信頼性の高い層
間絶縁膜が得られる。また容易に製造できる構造である
ため上記効果を容易に達成できる。
【0073】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
熱CVD法による無機系絶縁膜を有するため、上記と同
様の効果を奏する。さらに、この発明によると、塗布絶
縁膜上にリモートプラズマ法またはイオンクラスタビー
ム蒸着法による無機系絶縁膜を有するため上記と同様の
効果を得る。
【0074】また、この発明によると、層間絶縁膜を、
塗布絶縁膜と、この塗布絶縁膜上の第1の無機系絶縁膜
と、さらにその上のプラズマCVD法による第2の無機
系絶縁膜とで構成する。このため、塗布絶縁膜の劣化を
防止し、上層に緻密で膜質の良い第2の無機系絶縁膜を
設けたことにより、さらに良質で信頼性の高い層間絶縁
膜が得られる。また、第1の無機系絶縁膜は、下地の塗
布絶縁膜がプラズマの影響を受けない程度に薄く形成す
れば良く、有機系塗布絶縁膜と第1の無機系絶縁膜との
密着性が向上する。
【0075】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
接して真空蒸着法による導電膜を形成したため、製造工
程において塗布絶縁膜がプラズマに晒されることなく、
塗布絶縁膜の劣化が防止でき信頼性が向上する。また、
容易に製造できる構造であるため、上記効果を容易に達
成できる。
【0076】また、この発明によると、塗布絶縁膜上に
熱CVD法による導電膜を形成したため、上記と同様の
効果を奏する。
【0077】また、この発明によると、塗布絶縁膜上の
上層配線が、第1の導電膜と、その上のスパッタリング
法による第2の導電膜とで構成されるため、塗布絶縁膜
の劣化が防止でき、さらに低抵抗で良質な上層配線を得
る。
【0078】また、この発明によると、塗布絶縁膜をポ
リイミド樹脂で構成したため、塗布絶縁膜の劣化が防止
でき信頼性が向上する。
【0079】また、この発明によると、塗布絶縁膜をシ
リケート系SOG膜、またはシロキサン膜、またはラダ
ーオルガノシロキサン膜で構成したため、上記と同様の
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1による半導体装置の構造
を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施例1による半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施例6におけるリモートプラズ
マCVD法の概念図である。
【図4】 この発明の実施例7におけるイオンクラスタ
ビーム蒸着法の概念図である。
【図5】 この発明の実施例8による半導体装置の構造
を示す断面図である。
【図6】 従来の半導体装置の構造を示す断面図であ
る。
【図7】 従来の別例による半導体装置の構造を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2 下層配線、4 上層配線、7 ポ
リイミド樹脂から成る塗布絶縁膜、8 真空蒸着法によ
る第1の無機系絶縁膜、9 プラズマCVD法による第
2の無機系絶縁膜、10 層間絶縁膜、25 ラダーオ
ルガノシロキサン膜から成る塗布絶縁膜、26 真空蒸
着法による第1の導電膜、27 スパッタリング法によ
る第2の導電膜、28 上層配線。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 K

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下配線を絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けら
    れ、上記層間絶縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶
    縁膜上に形成された、真空蒸着法による無機系絶縁膜と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下配線を絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けら
    れ、上記層間絶縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶
    縁膜上に形成された、熱CVD法による無機系絶縁膜と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下配線を絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けら
    れ、上記層間絶縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶
    縁膜上に形成された、リモートプラズマCVD法による
    無機系絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下配線を絶縁する積層構造の層間絶縁膜が設けら
    れ、上記層間絶縁膜が、有機系塗布絶縁膜とこの塗布絶
    縁膜上に形成された、イオンクラスタビーム蒸着法によ
    る無機系絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の無機系
    絶縁膜を第1の無機系絶縁膜とし、その上にさらにプラ
    ズマCVD法による第2の無機系絶縁膜を形成し、有機
    系塗布絶縁膜と上記第1の無機系絶縁膜と上記第2の無
    機系絶縁膜とで層間絶縁膜を構成したことを特徴とする
    半導体装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下層配線を絶縁する有機系塗布絶縁膜とを有し、
    上記上層配線となる真空蒸着法による導電膜が、上記塗
    布絶縁膜上に接して形成されたことを特徴とする半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に下層配線と上層配線とこ
    れら上下層配線を絶縁する有機系塗布絶縁膜とを有し、
    上記上層配線となる熱CVD法による導電膜が、上記塗
    布絶縁膜上に接して形成されたことを特徴とする半導体
    装置。
  8. 【請求項8】 上層配線が、真空蒸着法または熱CVD
    法による第1の導電膜と、この第1の導電膜上に形成さ
    れたスパッタリング法による第2の導電膜とで構成され
    たことを特徴とする請求項6または7記載の半導体装
    置。
  9. 【請求項9】 塗布絶縁膜がポリイミド樹脂から成るこ
    とを特徴とした請求項1〜8のいずれかに記載の半導体
    装置。
  10. 【請求項10】 塗布絶縁膜がシリケート系SOG膜か
    ら成ることを特徴とした請求項1〜8のいずれかに記載
    の半導体装置。
  11. 【請求項11】 塗布絶縁膜がシロキサン膜から成るこ
    とを特徴とした請求項1〜8のいずれかに記載の半導体
    装置。
  12. 【請求項12】 塗布絶縁膜がラダーオルガノシロキサ
    ン膜から成ることを特徴とする請求項11記載の半導体
    装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081313A (ja) * 2005-09-16 2007-03-29 Showa Denko Kk 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法
JP2011233858A (ja) * 2010-04-09 2011-11-17 Dainippon Printing Co Ltd 薄膜素子用基板の製造方法、薄膜素子の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜素子、および薄膜トランジスタ

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