JPH1074836A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＯＧ膜とポリイミド絶縁膜を組み合わせる
ことにより高密度配線を簡素なプロセスで得ること。 【解決手段】 第１の電極配線１７の上にＴＥＯＳ膜１
９／ＳＯＧ膜２０／ＴＥＯＳ膜２１からなる第１の層間
絶縁膜１８を形成し、その上に第２の電極配線２２を形
成し、第２の電極配線２２の上に窒化膜２４とポリイミ
ド絶縁膜２５からなる第２の層間絶縁膜２５を形成し、
その上に第３の電極配線を形成する。ＳＯＧ膜２０を用
いた複合層間膜により第１と第２の電極配線１７、２２
はドライ手法で形成できるので高密度配線が可能とな
り、その上はポリイミド層間膜とするのでプロセスを簡
素化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
多層電極配線に関するもので、特に微細化とプロセスの
簡素化とを両立できる多層配線に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の分野では、基板上に形
成した多数の素子を電極配線で相互接続することにより
所望の回路網を形成している。電極配線の密度は即集積
回路の集積度を左右する重要なファクターであり、集積
度を上げるためには１層配線から２層配線、３層配線へ
と進化してきている。

【０００３】多層の電極配線の構造を図７に示す。半導
体層１の表面にＭＯＳ型、ＢＩＰ型等の素子を構成する
ための拡散領域２が形成され、半導体層１の表面をシリ
コン酸化膜３が被覆し、シリコン酸化膜３上を延在する
１層目電極４がシリコン酸化膜３に形成したコンタクト
ホール５を介して拡散領域２の表面にコンタクトし、１
層目電極４の上部を層間絶縁膜６が被覆し、層間絶縁膜
６上を延在する２層目電極７が層間絶縁膜６に形成した
スルーホール８を介して１層目電極とコンタクトするも
のである。配線層の数が増大しても基本的な構造は同じ
であり、層間絶縁膜６と電極とを順次積層することにな
る。

【０００４】層間絶縁膜６としては、ＣＶＤ酸化膜、窒
化膜などが用いられているが、高集積化が進んだときに
は、電極の被覆性（ステップカバレージ）が問題にな
り、層間絶縁膜６の平坦化の技術が不可欠になる。平坦
化の技術として脚光を浴びているのがＳＯＧ（スピンオ
ングラス膜）である。液状の素材をスピンオン塗布して
形成するので、優れた段差被覆性を有する（例えば、特
願平０７−１６６１６１号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＯＧ
膜は様々な理由から単体で層間絶縁膜を構成することが
できないので、他の絶縁膜との積層構造で層間絶縁膜を
構成するのが一般的である。そのため１つの層間絶縁膜
を形成するのに数回の工程を要してプロセスが複雑化す
る、複雑なプロセスを配線層の数だけ繰り返すことで更
に複雑になる、という欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の課題に鑑み成されたもので、第１の層間絶縁膜をＳＯ
Ｇ膜を用いた積層構造とし、第２の層間絶縁膜をポリイ
ミド絶縁膜で構成することにより、簡素な構成で且つ高
密度配線を達成するものである。また、ＳＯＧ膜として
メチル基（−ＣＨ３）を持たない無機系として、有機系
を用いるよりはプロセスを簡略化し、反面有機系より平
坦化の面で劣る点は、第２と第３の電極配線の層間絶縁
膜としてポリイミド絶縁膜を用いることにより、高密度
配線を実現するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明を説明
するための断面図である。同図において、１１はＰ型の
半導体基板、１２は半導体基板１１の表面に形成したＮ
型のエピタキシャル層、１３はＮ＋埋め込み層、１４は
Ｐ＋分離領域、１５はＰ型又はＮ型の拡散領域である。
分離領域１４で囲まれたエピタキシャル層１２には各々
にトランジスタなどの回路素子が形成されている。

【０００８】１６はエピタキシャル層１２表面を被覆す
るシリコン酸化膜で、ＣＶＤ酸化膜、熱酸化膜などから
なる。酸化膜１６には拡散領域１５表面の一部を露出す
るコンタクトホールが設けられており、酸化膜１６上を
延在する第１の電極配線１７が前記コンタクトホールを
介して拡散領域１５表面にオーミックコンタクトする。

【０００９】第１の電極配線１７の上部は第１の層間絶
縁膜１８で被覆されている。第１の層間絶縁膜１８は膜
厚が０．５μ程度のＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilica
te)膜１９と、その上に形成したＳＯＧ膜２０と、更に
その上に形成した膜厚０．５μ程度のＴＥＯＳ膜２１か
らなる。ＳＯＧ膜としては、メチル基（−ＣＨ３）を有
する有機系と、メチル基を持たない無機系とに分類さ
れ、有機系の方が膜厚を厚くして平坦化に優れると言う
メリットを持つものの、レジスト除去工程におけるＯ２
プラズマアッシングによりメチル基が分解してＣＯ２ガ
スが発生するため、プロセスが無機系に比べて煩雑にな
ると言う特徴を持つ。ここでは無機系のＳＯＧ膜２０で
構成した。

【００１０】第１の層間絶縁膜１８には第１の電極配線
１７の表面を露出するスルーホールが設けられており、
第１の層間絶縁膜１８上を延在する第２の電極配線２２
が前記スルーホールを介して第１の電極配線１７とコン
タクトしている。第２の電極配線２２の上部は第２の層
間絶縁膜２３で被覆されている。第２の層間絶縁膜２３
は、膜厚０．５μ程度のシリコン窒化膜２４と、膜厚２
μ程度のポリイミド系絶縁膜２５からなる。

【００１１】第２の層間絶縁膜２３には第２の電極配線
２２の表面を露出するスルーホールが設けられており、
第２の層間絶縁膜上を延在する第３の電極配線２６が前
記スルーホールを介して第２の電極配線２２とコンタク
トしている。第３の電極配線２６の上部はパッシベーシ
ョン皮膜として膜厚２μ程度のポリイミド系絶縁膜２７
が被覆する。ポリイミド絶縁膜２７にはボンディングパ
ッド部分の開口が設けられ、そして樹脂モールドされ
る。

【００１２】図２から図６は図１の製造方法を説明する
ための断面図である。図２（Ａ）を参照して、各種拡散
工程により回路素子を形成し、これらの工程で形成され
たエピタキシャル層１２上の酸化膜１６にコンタクトホ
ールを形成し、次いでアルミニウム・シリコンをスパッ
タ堆積し、上にレジストマスクを形成し、ＲＩＥ等の異
方性手法によりアルミ材料をエッチングして第１の電極
配線１７を形成する。

【００１３】図２（Ｂ）を参照して、第１の電極配線１
７の上を被覆するＴＥＯＳ膜１９をＣＶＤ法によって形
成する。図３（Ａ）を参照して、ＴＥＯＳ膜１９の上に
ＳＯＧ膜２０をスピンオンコートにより形成し、数百
℃、数十分のベーキング処理により焼結する。ＳＯＧ膜
１９は段差のある部分に厚く、段差のない平坦な部分で
薄く被着して第１の電極配線１７の段差を緩和する。Ｓ
ＯＧ膜２０が有機系である場合、ベーキング後にエッチ
バックを行って平坦な部分に被着するＳＯＧ膜２０の膜
厚を限りなく零に近づける。これは後で形成するスルー
ホールの側壁にＳＯＧ膜が露出しないようにするための
処置である。無機系ではこの工程は必ずしも必要でなく
省略できる。なお、前記ＣＯ２ガスの関係で有機系が１
回で５０００Å程度まで厚塗りできるのに対し、無機系
は１回で３０００Å程度が限度である。この為に平坦化
の機能として無機系は有機系より劣ることになる。

【００１４】図３（Ｂ）を参照して、ＳＯＧ膜２０の上
に再度ＴＥＯＳ膜２１をＣＶＤ法によって形成する。Ｔ
ＥＯＳ膜１９／ＳＯＧ膜２０／ＴＥＯＳ膜２１が第１の
層間絶縁膜１８となる。図４（Ａ）を参照して、第１の
層間絶縁膜１８の上にポジ型のホトレジスト膜を形成
し、これをマスクにＲＩＥ手法によって第１の電極配線
１７の一部を露出するスルーホール３０を形成する。そ
の後ポジレジストを除去する為に先ずＲＩＥ工程でレジ
スト表面に形成されたダメージ層を除去するための酸素
プラズマ処理を行い、次いでウェット処理で去する。な
お、有機系ＳＯＧ膜では内部のメチル基と酸素とが結合
してＣＯ２ガスとなるため、メチル基が抜けた部分にク
ラックが生じる。無機系に比べて有機系のプロセスが複
雑になる一因がここにある。

【００１５】図４（Ｂ）を参照して、表面にアルミニウ
ム・シリコンをスパッタ法で堆積し、これを異方性ドラ
イエッチングすることで第２の電極配線２２を形成す
る。図５（Ａ）を参照して、第２の電極配線２２の上に
プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜２４を形成す
る。この窒化膜２４は、チップの耐湿性を補強する目的
で設けたもので、軟質のポリイミド絶縁膜の上を被覆さ
せることが困難であるので、ポリイミドで被覆する直前
の位置に形成している。

【００１６】図５（Ｂ）を参照して、シリコン窒化膜２
４の上にスピンオン塗布法によりポリイミド絶縁膜２５
を塗布し、ベーキング処理を行う。図６（Ａ）を参照し
て、ポリイミド絶縁膜２５とシリコン窒化膜２４とを順
にエッチングしてスルーホール３１を形成する。図６
（Ｂ）を参照して、スパッタ法によりアルミニウム材料
を堆積し、これをエッチングすることにより第３の電極
配線２６を形成する。下地がドライエッチングに耐えら
れないポリイミド絶縁膜２５であるのでウェット手法に
よってエッチングする。ウェット手法であるから第１、
第２の電極配線１７、２２よりは低密度配線となる。

【００１７】なお、バイポーラ型ＩＣでは、素子が電流
駆動であるので高集積になるほど電極配線（電源ライ
ン、接地ライン）の線幅を太くして電流容量を確保する
必要がある。また、またエレクトロマイグレーション対
策としてもかなりの線幅が必要になる。 そこで、第３
の配線層２６を利用してチップ面積の数割を占める電極
配線（電源ライン、接地ライン）と大信号ラインを形成
し、第１と第２の配線層１７、２２を利用して小信号用
の電極配線を形成する。このような設計ルールとするこ
とにより、チップ全体の高密度配線を達成できる。

【００１８】そして、パッシベーションとして全体を覆
うようにポリイミド絶縁膜２７で被覆して図１の構造を
得る。以上に説明した本発明の多層配線構造では、高密
度配線が必要な下の配線層間の層間絶縁膜にＳＯＧ膜２
０を用い、設計ルールが緩やかになる上の配線層間の層
間絶縁膜にポリイミド絶縁膜を用いたので、全てをＳＯ
Ｇ膜で構成する場合よりプロセスを簡略化することがで
きる。

【００１９】また、ＳＯＧ膜２０として無機系を用いれ
ば、有機系よりはプロセスを簡略化し且つ材料費などの
コストダウンが可能である。無機系を用いることによる
平坦化の劣化、特に第３の電極配線２６のステップカバ
レージは、第２の層間絶縁膜２３として平坦性に優れた
ポリイミド絶縁膜２４を用いることにより回避できる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によればＳ
ＯＧ膜２０を用いた層間絶縁膜と、ポリイミド絶縁膜を
用いた層間絶縁膜とを組み合わせることにより、プロセ
スを簡略化すると共に、高密度配線が可能で、且つコス
トダウンが可能な多層配線構造を提供できる利点を有す
る、また、ＳＯＧ膜２０として無機系を用いれば、有機
系よりはプロセスを簡略化し且つ材料費などのコストダ
ウンが可能である。無機系を用いることによる平坦化の
劣化、特に第３の電極配線２６のステップカバレージ
は、第２の層間絶縁膜２３として平坦性に優れたポリイ
ミド絶縁膜２４を用いることにより回避できる。

【００２１】そして、電流容量を確保するために線幅を
大きくする配線（Ｖｃｃ、ＧＮＤなど）を第３の電極配
線２６で構成し、それ以外の小信号の電極配線を第１と
第２の電極配線１７、２２で構成することにより、全体
の集積度を損なうことなくプロセスを簡略化できる物で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための断面図である。

【図２】本発明を説明するための断面図である。

【図３】本発明を説明するための断面図である。

【図４】本発明を説明するための断面図である。

【図５】本発明を説明するための断面図である。

【図６】本発明を説明するための断面図である。

【図７】従来例を説明するための断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁膜の上に形成した第１の配線層と、 前記第１の配線層の上を被覆する第１の層間絶縁膜と、 前記第１の層間絶縁膜の上に形成した第２の配線層と、 前記第２の配線層を被覆する第２の層間絶縁膜と、 前記第２の層間絶縁膜の上に形成した第３の配線層とを
   具備する半導体装置であって、 前記第１の層間絶縁層は絶縁膜とＳＯＧ（スピンオング
   ラス）膜との複合膜から成り且つ前記第２の層間絶縁膜
   はポリイミド系絶縁膜から成る事を特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 前記ＳＯＧ膜は、メチル基を持たない無
   機系のＳＯＧ膜であることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第２の層間絶縁膜はシリコン窒化膜
   とポリイミド絶縁膜との積層構造であることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置。