JPS60217643A - 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】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置に関するものであって、特にバシベ
イション膜にポリイミド系樹脂を使用したアルミニウム
多層配線構造を有する半導体装置の耐湿防止技術に関す
る。

〔背景技術〕

ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置において、ｌチップあたり
の素子数が増大するに伴い、素子間を接続するためのア
ルミニウム配線を２層あるいはそれ以上の多層構造とす
ることが行われている。

本発明者においては、第１図に示すようにシリコン半導
体基体１０表面にシリコン酸化膜２で覆われたトランジ
スタ等の半導体素子を形成し、上記シリコン酸化膜２の
上に第１層のアルミニウム配線３を形成し、第１層配線
３の上をボリイ゛ミド系樹脂からなる層間膜４で覆い、
層間膜４上に第２層アルミニウム配線５を形成し、さら
にこの上をポリイミド系樹脂からなる保護膜６を形成し
た２層配線構造を採用している。

ポリイミド系樹脂は配線の上に形成して表面の平坦性を
確保でき、高い耐熱性を有するので層間膜や保護膜に使
われているが、層間の隙間を通じて水が侵入することに
よるアルミニウム配線腐食が問題となっている。

そこで本発明者により、２層配線構造において、第２層
（上層）のアルミニウム配線材料に耐湿性の高いシリコ
ンを含んだアルミニウムを使うことにより上からの水の
侵入に対するアルミニウム配線腐食を防止する方法が提
案された（特開昭５７−１５４８５７）。

しかし、第１層（下層）のアルミニウム配線３では、シ
リコン入りアルミニウムを使う場合、シリコン残滓が生
じる問題があり、またトランジスタの一部がショットキ
・バリアとして使われる場合のパリアノ・イトを低値に
保つために純アルミニウムが使われることから側面方向
（チップ周辺方向）よりの水の侵入による配線腐食の問
題は依然として解決されていないことがわかった。

本発明者はこのような第１層のアルミニウム配線腐食不
良を追求したところ、特にチップ周辺部の第１層アルミ
ニウム配線３に腐食が起りやすいことがわかった。その
原因はチップ周囲から侵入する水と第１層配線が形成さ
れるシリコン酸化膜表面のフォス・シリケートガラス（
ＰＳＧ）Ｊ［７のリンが反応し、アルミニウム配線を腐
食させるということが判った。

〔発明の目的〕

本発明は上記した点にかんがみてなされたもので、ポリ
イミド樹脂で覆われた第１層アルミニウム配線の耐湿性
を向上できる半導体装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

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；゛すなわち、
シリコン半導体基体の一生面に複数の半導体素子が形成
され、この半導体素子は表面にリン酸化物ガラス層を含
むシリコン酸化膜で覆われ、このシリコン酸化膜上に１
層又は２層以上のアルミニウム配線が形成され、この配
線上又は配線間はポリイミド系樹脂などの絶縁膜で覆わ
れた半導体装置において、上記半導体基体の周辺部に形
成された配線を囲む外側の領域にそって上記絶縁膜（ポ
リイミド系樹脂）が上記シリコン酸化膜に直接に接触す
るように上記リン酸化物ガラスの一部を除去したことに
より、基板側面方向からの水分の侵入を阻止し、アルミ
ニウム配線に対する耐湿性を向上させて前記目的を達成
するものである。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示すものであって、２層配
線構造を有する半導体装置の一部縦断面図である、 同図において、第１図と共通の構成部分には共通の指示
番号記号が使用される。

３Ｇはチップ周辺にそって設り′もれたグランドライン
（接地電位に接続される配線）第１層アルミニウム配線
である。この第３図に示すように配線３Ｇを囲む外側の
フィールド領域にそってシリコン酸化膜２に溝８が形成
され、この溝８により表面のリン酸化物ガラス層７が除
去されている。

４はポリイミド系樹脂からなる層間絶縁膜、５は第２層
アルミニウム配線、６はポリイミド系樹脂からなる表面
保護膜である。

第４図は本発明の他の一実施例を示すものであって、同
じく２層配線構造を有する半導体装置の断面図である。

この実施例では配線３Ｇを囲む外側のフィールド領域に
そって、シリコン酸化膜２に溝を形成する代りに、一番
外側の第１層アルミニウム配線とチップ周縁部との間の
リン酸化物ガラス層及びまたはシリコン酸化物をエツチ
ングして除去した（領域９）ものである。

基体表面シリコン酸化膜の表面に存在するリン酸化物ガ
ラスは前記したように吸水性カミ極めて大きく、この吸
水した水とリンとが反応しリン酸が形成されこれが第１
層のアルミニウム配線の腐食の原因となっていたが、本
発明のように基板（チツブ）の周辺部に形成された配線
を囲む外側の領域にそって溝等の形成圧よりリン酸化物
ガラス層が除去されていることによりシリコン酸化物が
露出している。層間絶縁膜であるポリイミド系樹脂は、
シリコン酸化物と密着性が良いためチップ側面方向から
の水分の進入を阻止することが可能となる。すなわち、
チップ側面からの水の進入かないため、リンと水との反
応がおきなくなるため、耐湿性が向上できる。

第５図乃至第１１図は本発明の他の実施例を示すもので
半導体基体の一主面にｎｐｎ　）ランジスタを有するＩ
Ｃ（半導体集積回路）の製造プロセスの一部工程断面図
である。以下、各工程に従って説明する。

（１）第５図に示すように通常のバイポーラＩＣのプロ
セスに従って、ｐ−型シリコン基板１０上にｎ＋＋埋込
層１１を埋め込んだ形でｎ−型シリコン層１２をエピタ
キシャル成長させ、表面酸化膜１３をマスクにＢ（ボロ
ン）を選択的に拡散してｐ型アイソレーション部１４を
形成する。

（２）ホトレジスト処理により表面酸化膜１３の一部を
窓開し、選択的不純物イオン打込み拡散工程を経て第６
図に示すように一つのｎ−型シリコン領域１２内にｎｐ
ｎ　）ランジスタ素子のベースとなるｐ型領域１５及び
コレクタ・コンタクト部となるｎ＋型領領域１６形成す
る。これらの工程で素子周辺のフィールド部の酸化膜厚
は］　２００ＯＡ程度に厚くなる。

（３）エミッタ部及びコレクタ・コンタクト部の酸化膜
をホトレジスト処理によって取り除きリンを含む酸素雰
囲気中で加熱することにより第７図に示すように全面に
高濃度リン酸化物を含むガラス（ＰＳＧ）層１７をデポ
ジットし窓開部を通して拡散することによりエミッタｎ
　型領域１８を得る。

（４）　ホトレジスト処理によるコンタクトホトエッチ
を行い、第８図に示すようにベース、エミッタ、および
コレクタコンタクト部を窓開すると同時にフィルド部の
酸化膜の表面の一部を選択エッチしてリン酸化物ガラス
が取り除かれる充分な深さ、例えば８０００λ以上の深
さの溝１９をあける。

この選択エッチ工程ではベース、エミッタコンｐクト部
の薄い（３００〜８０００Ａ）酸化膜は容易にエッチさ
れて窓開されるがフィールド部の厚い（１２０００Ｘ）
酸化膜部分では一部がエッチされて溝１９が形成される
。

（５）全面にアルミニラＡ−（厚さ１．７５μｍ）を蒸
着（又はスパッタ）し、パターニングエッチすることに
より、第９図に示すように、各半導体領域にオーミック
接触するアルミニウム電極２ｏを形成する。これらアル
ミニウム電極は第１）ｒｊアルミニウム配線として酸化
膜上に延在する。前記フィールド部の酸化膜にあけた溝
１９を含めてその外側部分のアルミニウムは全て除去さ
れる。

（６）全面にポリイミド樹脂を３．７μｍ・厚に塗布し
、ベーク後の最終の厚さが１，７５〜２．０μｍになる
被膜２１を形成する。

この被膜２１はポリイミド樹脂のプレポリマー溶液又は
半型合物溶液（たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン
もしくはＮ−Ｎ−ジメチル−アセトアシドなどの溶液と
する）をスピンナ塗布（１〜２回）したのち、溶媒成分
を蒸発させ、さらに２００〜３００℃でベーク（熱処理
）して硬化させて被膜を形成する。このあとホトレジス
トを用いてエッチし第１０図に示すようにスルーホール
２２をあけ第１層アルミニウム配線２０の一部を露出す
る。

（７）アルミニウム蒸着、パターニングエッチすること
により、第１１図に示すように第２層アルミニウム配線
２３を形成する。この第２層アルミニウム配線２３の一
部はスルーホール２２を通してノ 第１層アルミニウム配線２０の一部に接続される。

（８）全面にポリイミド樹膜を塗布し、熱処理すること
により第１２図に示すように最終パシベイシやヨン（保
護膜）２４を形成する。このポリイミド樹脂の形成は工
程（６）の場合と同様の方法により形成する。

このあ−と、図示されないが、半導体基板をスクライブ
して個々のチップに切り離し、リードフレームの上でペ
レットボンディング、ワイヤボンデインクならびに樹脂
モールドを行った半導体装置を完成する。

〔効果〕

以上実施例で述べた本発明によれば下記のように効果が
もたらされる。

（１）チップ周辺の第１１會アルミニウム配線外側のリ
ンガラス層又はシリコン酸化物をエツチングし、溝又は
リンガラスのない領域を形成することによりポリイミド
系樹脂と、シリコン酸化膜が密着性が良いことよりチッ
プサイド方向からの水の進入を防止することができ、耐
湿性の向上が計れる。

（２）半導体チップの拡大、樹脂モールドパッケージの
小型化が要請される現在、ポリイミド系樹脂を眉間膜乃
至保護膜に使った第１Ｎアルミニウム配線の耐湿性を向
上することができ、製品の信頼性を大幅に向上できる。

１３）　リン酸化物ガラスの部分的除去はコンタクトホ
トエッチのパターンの一部を変えることで在米のプロセ
スをそのまま利用することができ、コスト高につながる
ことはない。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上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。

たとえば、層間絶縁膜又はパッシベイション膜が１層構
造のアルミニウム配線のパッシベイションとして用いら
れるＣＶＤ（気相化学堆積）法によるＰＳＧ（フォスシ
リケートガラス）やプラズマ・シリコン・ナイトライド
（ＳｉＮ）を用いる場合にも同様に応用することができ
る。

〔利用分野〕

本発明はポリイミド系樹脂を層間膜又は保護膜に用いた
単層又は多層のアルミニウム配線構造を有する半導体集
積回路装置全体に利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２層配線構造を有する半導体装置の一例を示す
一部縦断面図である。 第２図は本発明の一実施例を示すものであって、２層配
線構造を有する半導体装置の一部縦断面図である。 第３図は本発明の一実施例を示す半導体チップの全体平
面図である。 第４図は本発明の他の一実施例を示すものであって、２
層配線構造を有する半導体装置の一部縦断面図である。 第５図は本発明の他の実施例を示すものであって、ｎｐ
ｎ）ランジスタを有する半導体装置の製造プロセスの一
工程断面図、 第６図は同じくベース拡散をした状態を示す断面図、 第７図は同じくエミック拡散をした状態を示す断面図、 第８図は同じくコンタクトホール及び溝を同時に形成し
た状態を示す断面図、 第９図は電極を形成した状態を示す断面図、第１０図は
層間絶縁膜にスルホールを形成した状態を示す断面図、 第１１図は第２層配線を形成した状態を示す断面図、 第１２図は最終保護膜を形成した状態を示す断面図であ
る。 】・・・シリコン半導体基体、２・・・シリコン酸化膜
、３・・・第１層アルミニウム配線、４・・・層間膜（
ポリイミド樹脂）、５・・・第２層アルミニウム配線、
６・・・保護膜（ポリイミド樹脂）、７・・・ＰＳＧ膜
（リン酸化物を含むガラス）、８・・・溝、９・・・リ
ンガラス削除部分、１０・・・ｐ−型シリコン基板、１
１・・・ｎ＋型埋込層、１２・・・ｎ−シリコン層、１
３・・・表面酸化膜、１４・・・ｐ型アイソレーション
部、１５・・・”ベースｐ型領域、１６・・・コレクタ
コンタクトｎ−型領域、１７・・・Ｐ　Ｓ　ＧＮ、１８
・・・エミッタｎ＋型領域、１９・・・溝、２０・・・
アルミニウム電極（第１層アルミニウム配線）、２１・
・・ポリイミド樹脂膜、２２・・・スルーホール、２３
・・・第２層アルミニウム配線、２４・・・ポリイミド
樹脂保護膜。 第　１　図 第　２　図 第　３　図 第　４　図 第　６　図 第　９　図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基体の一生面に複数個の半導体素子が形成さ
   れ、上記半導体素子は表面にリン酸化物ガラス層を含む
   無機絶縁膜で覆われ、上記無機絶縁膜上に１層又は複数
   層のアルミニウムを主成分とする配線を有し、上記配線
   上又は及び配線間は有機又は無機の絶縁膜で覆われてな
   る半導体装置であって、上記半導体基体の周辺部に位置
   する配線を囲む外側の領域に沿って上記有機又は無機の
   絶縁膜が上記無機絶縁膜に直接に接触するように上記リ
   ン酸化物ガラス層の一部が除去されていることを特徴と
   する半導体装置。 ２、上記のリン酸化物ガラス層は上記外側の領域に沿っ
   て掘られた溝によって一部が除去されている特許請求の
   範囲第１項に記載の半導体装置。 ３６　上記有機の絶縁膜はポリイミド系樹脂からなる特
   許請求の範囲第１項に記載された半導体装置。 ４、上記周辺の配線は接地電位に接続されるアルミニウ
   ム配線である特許請求の範囲第１項又は第３項に記載の
   半導体装置。