JPS61187346A - 絶縁膜構造および半導体装置 - Google Patents
絶縁膜構造および半導体装置Info
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- JPS61187346A JPS61187346A JP2629185A JP2629185A JPS61187346A JP S61187346 A JPS61187346 A JP S61187346A JP 2629185 A JP2629185 A JP 2629185A JP 2629185 A JP2629185 A JP 2629185A JP S61187346 A JPS61187346 A JP S61187346A
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- film
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体装置に係り、特に、高集積半導体素子に
好適な有機絶縁膜を利用した多層配線に関する。
好適な有機絶縁膜を利用した多層配線に関する。
半導体装置に於ける多層配線技術は、巣槓度の向上に従
ってますますその重要さが増加している。
ってますますその重要さが増加している。
この技術の中で最も重要な点は、素子形成に伴なって表
面に現われる大小さまざまな凹凸を平坦にし、この上に
形成される配線の加工精度を高め、嘔らにエレクトロマ
イグレーション、腐食等信頼性を低下させない層間絶縁
膜を形成する技術を確立することでめる。
面に現われる大小さまざまな凹凸を平坦にし、この上に
形成される配線の加工精度を高め、嘔らにエレクトロマ
イグレーション、腐食等信頼性を低下させない層間絶縁
膜を形成する技術を確立することでめる。
現在広く使われている方法は、ｎＩＩ目の金属配線とｎ
＋１誉目の金属配線の間の層間絶縁膜を、気相成長法（
ＣＶＤ法）による無機膜や、それ等の膜とスピンナーで
コーティングできる無機膜との複合膜で形成する方法で
ある。
＋１誉目の金属配線の間の層間絶縁膜を、気相成長法（
ＣＶＤ法）による無機膜や、それ等の膜とスピンナーで
コーティングできる無機膜との複合膜で形成する方法で
ある。
ところで、気相成長法では、形成した膜表面の凹凸は下
地の凹凸を忠実に反映したものとなるか、さらに強調し
たものとなってしまい、表面を平坦化することはできな
い。また、スピンナーでコーティングできる無機膜では
、ある程度の段差緩和か可能であるか、厚く形成するこ
とが困難なため十分な平坦化はできない。
地の凹凸を忠実に反映したものとなるか、さらに強調し
たものとなってしまい、表面を平坦化することはできな
い。また、スピンナーでコーティングできる無機膜では
、ある程度の段差緩和か可能であるか、厚く形成するこ
とが困難なため十分な平坦化はできない。
以上のような無機膜を利用する方法に代って、最近、有
機膜を利用する方法がクローズアップしている。特開昭
４８−７４１８５号公報、特開昭５０−３７９２号公報
には熱硬化性の樹脂膜を層間絶縁膜として用いる方法が
開示されている。このような有機膜を用いる方法の利点
は、フェス状態でスピンナー塗布できる九め、表面の平
坦化が比軟的容易な点である。
機膜を利用する方法がクローズアップしている。特開昭
４８−７４１８５号公報、特開昭５０−３７９２号公報
には熱硬化性の樹脂膜を層間絶縁膜として用いる方法が
開示されている。このような有機膜を用いる方法の利点
は、フェス状態でスピンナー塗布できる九め、表面の平
坦化が比軟的容易な点である。
しかし有機膜の欠点は耐湿性に劣る点で、十分な信頼性
を得るのが困難な点である。
を得るのが困難な点である。
この難点を克服する１つの方法として、有機膜を無機膜
で覆い、耐湿性を向上しつつ、表面の平坦化を図る方法
がある。例えば、特開昭５９−６８９５３号公報には、
ポリイミド層とプラズマ放電で得られたシリコンナイト
ライド（Ｓｉ３Ｎ４）を重ねる方法が開示されている。
で覆い、耐湿性を向上しつつ、表面の平坦化を図る方法
がある。例えば、特開昭５９−６８９５３号公報には、
ポリイミド層とプラズマ放電で得られたシリコンナイト
ライド（Ｓｉ３Ｎ４）を重ねる方法が開示されている。
しかし本願発明者の紡績によれは、任意のポリイミドと
任意の無機膜を重ねて形成できない。即ち、各々の熱膨
張差が大きすぎるため、はとんどの場合無機膜にクラン
クが生じてしまう。
任意の無機膜を重ねて形成できない。即ち、各々の熱膨
張差が大きすぎるため、はとんどの場合無機膜にクラン
クが生じてしまう。
本発明の目的は上記のような欠点を除いて、良好な形状
の積ＩＩＩ型層間膜を形成した半導装置を提供すること
にある。
の積ＩＩＩ型層間膜を形成した半導装置を提供すること
にある。
以下、本発明について詳細に説明する。前述の通り、ク
ランクが発生する原因は積層型層間膜を構成する各々の
材料の熱膨張率が大きく異なるためである。この難点を
除くためには、使用するポリイミドの種類を選んで、低
熱膨張の材料を使えば良い。これに好適な材料としては
以下のような物がある。即ち、次式〔１〕 ＣＩ） 〔式中、Ａｒｌは （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル基、ｎはＯ
〜４である。） から選ばれる芳香族基である。〕で示される化学構造単
位を含むポリイミド、 また、好ましくは、次式〔■〕 ［ｎ） で示される化学ｗ＃這単位を含むポリイミドである。
ランクが発生する原因は積層型層間膜を構成する各々の
材料の熱膨張率が大きく異なるためである。この難点を
除くためには、使用するポリイミドの種類を選んで、低
熱膨張の材料を使えば良い。これに好適な材料としては
以下のような物がある。即ち、次式〔１〕 ＣＩ） 〔式中、Ａｒｌは （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル基、ｎはＯ
〜４である。） から選ばれる芳香族基である。〕で示される化学構造単
位を含むポリイミド、 また、好ましくは、次式〔■〕 ［ｎ） で示される化学ｗ＃這単位を含むポリイミドである。
さらに、好ましくは、式（１）、またはＣｎ１−富む次
式［ｍ〕 〔式中、Ａ ｒ ｚは２価の芳香族基、Ａ ｒ ３は４
価の芳香族基でｈる。〕で示される化学構造巣位を含む
ポリイミドでるる。
式［ｍ〕 〔式中、Ａ ｒ ｚは２価の芳香族基、Ａ ｒ ３は４
価の芳香族基でｈる。〕で示される化学構造巣位を含む
ポリイミドでるる。
これらのポリイミドは、熱分解温度がａｏｏｃ以上でめ
シ、その熱膨張係数はＩ Ｘ １０−’に一’と層間膜
用の材料として好適である。ちなみに、通常配線に使わ
れるＡｔＯ熱膨張係数はＺ３ＸｌＯ−’に−１と上記の
値よシ大きい。
シ、その熱膨張係数はＩ Ｘ １０−’に一’と層間膜
用の材料として好適である。ちなみに、通常配線に使わ
れるＡｔＯ熱膨張係数はＺ３ＸｌＯ−’に−１と上記の
値よシ大きい。
しかし、無機膜の熱膨張係数は、５１０２膜（４ｘ １
０−７に一’ ）、ＰＳＧ膜、８ｉ３Ｎ＜ 膜（１，８
Ｘｌ ０−’Ｋ” ）、ｋＬｚｏｓ膜（６Ｘ １０−’
に−”Ｉといずれもｉ ｘ ｉ ｏ−’ｘ−’より小さ
い。即ち、低熱膨張ポリイミドと言えども無機膜を積層
した場合にはクラックが入る可能性がある。
０−７に一’ ）、ＰＳＧ膜、８ｉ３Ｎ＜ 膜（１，８
Ｘｌ ０−’Ｋ” ）、ｋＬｚｏｓ膜（６Ｘ １０−’
に−”Ｉといずれもｉ ｘ ｉ ｏ−’ｘ−’より小さ
い。即ち、低熱膨張ポリイミドと言えども無機膜を積層
した場合にはクラックが入る可能性がある。
低膨張ポリイミドを用いた極々の実験の結果、層間膜を
構成する各々の材料の膜厚に対し、クランクが生じない
範囲を求めることができ友。第２囚はこの結果を示して
いる。第２図は、シリコン基体上にシリコン酸化膜を介
してＡ ／＝配線を設け、その上を無機絶縁膜、有機絶
縁膜で順次覆ってがら、再びｋｔ配線を設けた多層構造
とした時の、両絶縁膜の庫ざａ、ｂの関係を示したもの
である。
構成する各々の材料の膜厚に対し、クランクが生じない
範囲を求めることができ友。第２囚はこの結果を示して
いる。第２図は、シリコン基体上にシリコン酸化膜を介
してＡ ／＝配線を設け、その上を無機絶縁膜、有機絶
縁膜で順次覆ってがら、再びｋｔ配線を設けた多層構造
とした時の、両絶縁膜の庫ざａ、ｂの関係を示したもの
である。
有機絶縁膜としては上記の低膨張ポリイミドを用いてい
る。囚の左上、斜ｌｌ！Ａを引いた領域では、無機膜へ
クラックを生じた。この境界は、となる＠線である。即
ち、この直線の下側に位置するように無機絶縁膜を有機
絶縁膜の１０％以上の厚さとすれば、クラックを生じる
ことなく無機／有機積層構造の層間膜を形成できる。
る。囚の左上、斜ｌｌ！Ａを引いた領域では、無機膜へ
クラックを生じた。この境界は、となる＠線である。即
ち、この直線の下側に位置するように無機絶縁膜を有機
絶縁膜の１０％以上の厚さとすれば、クラックを生じる
ことなく無機／有機積層構造の層間膜を形成できる。
本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。
第１図（ａ）に示すように、ノース、ドレイン、ペース
、エミッタ寺の糧々の接合を半導体基体１に形成した後
、半導体基体１の表面にリンガラス膜２ （ＰＳＧ膜）
を形成する。この膜は、良く知られているように、表面
の安定化の・ために設けられる。この後記？＃を取り出
すべき所定の部分のＰＳＧ膜２に、半導体基体１の表面
に達する穴を形成する。この図では、簡単のため、徨々
の接合や、表面に存在する凹凸を省略した。
、エミッタ寺の糧々の接合を半導体基体１に形成した後
、半導体基体１の表面にリンガラス膜２ （ＰＳＧ膜）
を形成する。この膜は、良く知られているように、表面
の安定化の・ために設けられる。この後記？＃を取り出
すべき所定の部分のＰＳＧ膜２に、半導体基体１の表面
に達する穴を形成する。この図では、簡単のため、徨々
の接合や、表面に存在する凹凸を省略した。
次に、第１図（ｂ）に示すように、この表面全体に第１
番目の導俸層３を所定の厚さで付着させ、不用の部分を
エツチングにより除く。
番目の導俸層３を所定の厚さで付着させ、不用の部分を
エツチングにより除く。
次にＡｔキレートを表面に塗布し、酸素中で加熱するこ
とにより、１００Ａ程度の薄いアルミナ膜を表面全域に
形成する。この膜は、この後形成する低膨張ポリイミド
膜とＰＳＧ膜２との接着強度を上げる上で有効でらる。
とにより、１００Ａ程度の薄いアルミナ膜を表面全域に
形成する。この膜は、この後形成する低膨張ポリイミド
膜とＰＳＧ膜２との接着強度を上げる上で有効でらる。
次に、第１１９（Ｃ）に示すように、低熱膨張ポリイミ
ド４を所定の厚さに形成する。ここで、低熱膨張ポリイ
ミド４は前述した材料の中の一つであり、その熱膨張係
数は約Ｉ Ｘ １０−’Ｋ”’であり、第１番目の導体
ｗＪ３１に形成するｈｔｔ熱膨張係数ｚ３Ｘ １ ｏ−
’に一’ ｌ、Ｃｔ＋（熱膨張係数１．４Ｘ１０−’に
−１）、Ａｕ（熱膨張係数１．４Ｘ １０−’に一’
）等の熱膨張係数より小さい。この厚さは、表面の凹凸
が後の２／＠目配線形成工程で悪い影響を及ぼさない８
＃に表面の段差を緩和するように選ぶべきで、必要以上
に厚くしない方が良い。一般的には、０．５〜２μｍ程
度が適当である。
ド４を所定の厚さに形成する。ここで、低熱膨張ポリイ
ミド４は前述した材料の中の一つであり、その熱膨張係
数は約Ｉ Ｘ １０−’Ｋ”’であり、第１番目の導体
ｗＪ３１に形成するｈｔｔ熱膨張係数ｚ３Ｘ １ ｏ−
’に一’ ｌ、Ｃｔ＋（熱膨張係数１．４Ｘ１０−’に
−１）、Ａｕ（熱膨張係数１．４Ｘ １０−’に一’
）等の熱膨張係数より小さい。この厚さは、表面の凹凸
が後の２／＠目配線形成工程で悪い影響を及ぼさない８
＃に表面の段差を緩和するように選ぶべきで、必要以上
に厚くしない方が良い。一般的には、０．５〜２μｍ程
度が適当である。
次にＡｌｌ／（Ｃ）に示すように、無機絶縁膜５を全面
に積層する。通常のポリイミドを使った場合には、この
時点で熱膨張係数の差による熱応力により、無機絶縁膜
５にクラックが入ってしまう。低膨張のポリ、ｒミドを
使い、第２図の斜線以外の領域に位置するように無機絶
縁膜の厚さを選ぶことにより、このようなりランクは生
じず、良好な積層膜を形成できる。
に積層する。通常のポリイミドを使った場合には、この
時点で熱膨張係数の差による熱応力により、無機絶縁膜
５にクラックが入ってしまう。低膨張のポリ、ｒミドを
使い、第２図の斜線以外の領域に位置するように無機絶
縁膜の厚さを選ぶことにより、このようなりランクは生
じず、良好な積層膜を形成できる。
この無機絶縁膜５としては、ｓ’ｏ＊膜（熱膨張係１１
４． Ｏｘ １０−７に一’ ）、Ｐ ８ （ｊａＸＳ
ｉ ｓ Ｎ４膜（熱膨張係数１．８ Ｘ １０−’に
一’ ｌ、Ａ Ｌ ２０ ｓ獲（熱膨張係数６ Ｘ １
０−’に一’ ）等樵々の膜が使用できるが、前記ポリ
イミドの分解温度以下で形成する必要があり、前記ポリ
イミドの熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有すること
が好ましい。
４． Ｏｘ １０−７に一’ ）、Ｐ ８ （ｊａＸＳ
ｉ ｓ Ｎ４膜（熱膨張係数１．８ Ｘ １０−’に
一’ ｌ、Ａ Ｌ ２０ ｓ獲（熱膨張係数６ Ｘ １
０−’に一’ ）等樵々の膜が使用できるが、前記ポリ
イミドの分解温度以下で形成する必要があり、前記ポリ
イミドの熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有すること
が好ましい。
この無機絶縁膜５は、ポリイミド膜４の表面を覆い、水
分の浸透を防いでポリイミド膜４の欠点を補なうと共に
、１層目、２層目配線間の電気的耐圧を確保するのにも
役立っている。即ち、積層構造層間膜の各々の膜厚を決
めるためには、層間の絶縁耐圧も考慮する必要がめる。
分の浸透を防いでポリイミド膜４の欠点を補なうと共に
、１層目、２層目配線間の電気的耐圧を確保するのにも
役立っている。即ち、積層構造層間膜の各々の膜厚を決
めるためには、層間の絶縁耐圧も考慮する必要がめる。
１例として、１μｍの低膨張ポリイミド膜４を形成し、
この上に０．２μｍのＳｉｇｈ膜５を形成すると、約４
００ｖの耐圧が得られ、５ＩＯｚ膜５を０、・１μｍに
すると５００ｖの耐圧を得ることができる。もちろん両
例共第２図の斜線の外側に位置し、クランクは生じない
。
この上に０．２μｍのＳｉｇｈ膜５を形成すると、約４
００ｖの耐圧が得られ、５ＩＯｚ膜５を０、・１μｍに
すると５００ｖの耐圧を得ることができる。もちろん両
例共第２図の斜線の外側に位置し、クランクは生じない
。
次に第１図（ｅ）に示すようにポリイミド膜４と無機絶
縁膜５から成る層間膜にスルーホール６を形成する。こ
の場合、ポリイミド膜４により表面がかなり平坦化され
ており、無機絶縁膜５上に塗布したホトレジスト（図示
せず）はぼは均一な厚さとなる。従って、ホトレジスト
のバターニングは非常に微細にかつ精度良く行うことが
できる。ホトレジストのパターンに従って無機絶縁膜５
を加工し、さらにこの無機絶縁膜５をマスクにしてポリ
イミド膜４を加工する。ポリイミド膜４の加工時にはホ
トレジストもエッチされるが、無機絶縁膜５がマスクと
して働くため、加工精度はそれ程悪くならない。
縁膜５から成る層間膜にスルーホール６を形成する。こ
の場合、ポリイミド膜４により表面がかなり平坦化され
ており、無機絶縁膜５上に塗布したホトレジスト（図示
せず）はぼは均一な厚さとなる。従って、ホトレジスト
のバターニングは非常に微細にかつ精度良く行うことが
できる。ホトレジストのパターンに従って無機絶縁膜５
を加工し、さらにこの無機絶縁膜５をマスクにしてポリ
イミド膜４を加工する。ポリイミド膜４の加工時にはホ
トレジストもエッチされるが、無機絶縁膜５がマスクと
して働くため、加工精度はそれ程悪くならない。
この後第１図（ｆ）に示すように、通常の方法により第
２番目の導体層７の積層及びパターンニングを行なう。
２番目の導体層７の積層及びパターンニングを行なう。
この時、前記の如く表面の凹凸が小さくなっているため
、精度の鳩い加工ができると同時に、膜厚のばらつきも
小さく、信頼性の高い配線を形成することができる。
、精度の鳩い加工ができると同時に、膜厚のばらつきも
小さく、信頼性の高い配線を形成することができる。
最後に第１図（ｇ）に示すように、保護膜となる無機絶
縁膜８を形成してウェハ状での加工工程を終了する。
縁膜８を形成してウェハ状での加工工程を終了する。
以上は２層配線を形成する場合を例にして説明したが、
さらに多層化を進める場合には＄１図（Ｃ）〜（ｆ）の
工程を繰り返し用いれば良く、そのために新たな問題が
生じることは無い。
さらに多層化を進める場合には＄１図（Ｃ）〜（ｆ）の
工程を繰り返し用いれば良く、そのために新たな問題が
生じることは無い。
以上に述べたように、本発明によれば、低膨張ポリイミ
ド膜上に無機絶縁膜を積層した構造を確実に形成でき、
配線工程の歩留ま＃）１！−大幅に向上した半導体装置
を得ることができる。
ド膜上に無機絶縁膜を積層した構造を確実に形成でき、
配線工程の歩留ま＃）１！−大幅に向上した半導体装置
を得ることができる。
第１１／（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施例を示す各
工程毎の半導体基体の概略断面図、第２因は低膨張ポリ
イミドと無機絶縁膜を８を層し友場合にそれぞｌ支 れの膜厚に対してクラックが発成する領域を示す図であ
る。 １・・・半導体基体、２・・・ＰＳＧ膜、３・・・第１
層目の配線層、４・・・低膨張ポリイミド膜、５・・・
無機絶縁膜、６・・・スルーホール、７・・・第２）Ｗ
ｌ目配線層、８・・・保護膜。 ＃７／／Ｉ７ 謁 ２ 刀 、七機総緑頭簿（ｂ；庁）
工程毎の半導体基体の概略断面図、第２因は低膨張ポリ
イミドと無機絶縁膜を８を層し友場合にそれぞｌ支 れの膜厚に対してクラックが発成する領域を示す図であ
る。 １・・・半導体基体、２・・・ＰＳＧ膜、３・・・第１
層目の配線層、４・・・低膨張ポリイミド膜、５・・・
無機絶縁膜、６・・・スルーホール、７・・・第２）Ｗ
ｌ目配線層、８・・・保護膜。 ＃７／／Ｉ７ 謁 ２ 刀 、七機総緑頭簿（ｂ；庁）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第ｎ番目の金属配線と、この上部を覆つて形成され
た有機絶縁膜と、前記有機絶縁膜上に形成された無機絶
縁膜と、該無配絶縁膜上に形成された第ｎ＋１番目の金
属配線と、前記第ｎ及び第ｎ＋１番目の配線を相互に接
続する少なくとも１ケ以上の部分を備えた半導体装置に
於て、前記無機絶縁膜の厚さが、有機絶縁膜の厚さの１
０％以上であることを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項に於て、有機絶縁膜の熱膨脹
係数が第ｎ番目の金属配線の熱膨脹係数以下であること
を特徴とする半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項に於て、上記有機絶縁膜が次
式〔 I 〕 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、Ａｒ＿１は ▲数式、化学式、表等があります▼ （Ｒは低級アルキル基、含弗素低級アルキル基、ｎは０
〜４である。）、 ▲数式、化学式、表等があります▼および▲数式、化学
式、表等があります▼ から選ばれる芳香族基である。〕で示される化学構造単
位を含むポリイミドからなることを特徴とする半導体装
置。 ４、特許請求の範囲第１項に於て、上記有機絶縁膜が次
式〔II〕 ▲数式、化学式、表等があります▼〔II〕 で示される化学構造単位を含むポリイミドからなること
を特徴とする半導体装置。 ５、特許請求の範囲第１項に於て上記有機絶縁膜が次式
〔III〕 ▲数式、化学式、表等があります▼〔III〕 〔式中、Ａｒ＿２は２価の芳香族基、Ａｒ＿３は４価の
芳香族基である。〕で示される化学構造単位を含むポリ
イミドからなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2629185A JPS61187346A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 絶縁膜構造および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2629185A JPS61187346A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 絶縁膜構造および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61187346A true JPS61187346A (ja) | 1986-08-21 |
| JPH0330992B2 JPH0330992B2 (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=12189200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2629185A Granted JPS61187346A (ja) | 1985-02-15 | 1985-02-15 | 絶縁膜構造および半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61187346A (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| US4855252A (en) * | 1988-08-22 | 1989-08-08 | International Business Machines Corporation | Process for making self-aligned contacts |
| EP0527100A2 (en) * | 1991-08-05 | 1993-02-10 | International Business Machines Corporation | Low TCE polyimides as improved insulator in multilayer interconnected structures |
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-
1985
- 1985-02-15 JP JP2629185A patent/JPS61187346A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0330992B2 (ja) | 1991-05-01 |
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