JPS63111649A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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Ｐ　Ｓ　Ｇ　（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｄｏｐｅｄ
　５ｉｌｉｃｏｎ　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（Ａ　肛）
膜５を堆積する（第３Ａ図）。次に、写真製版技術およ
びエツ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（０２）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１ｏｏｉ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ＣＶ
Ｄ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
、ＣＶＤ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φフィ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１
００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９１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φミクロンｅ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。

＝　６　＝ ［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Φ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ｘｏｏｉ以下の薄い
アルミナ膜６表面をアルゴン（Ａｒ）イオンによりスバ
・ンタエ・ソ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１
２を安定にかつ１００Ａ／ｍｉｎ以上の高い成長速度で
形成することができる。また９０°Ｃ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１００ＯＡ／ｍｉｎとなるので、膜厚
が５００ＯＡ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、 ２Ａ肛十６０Ｈ−＋６Ｈ” →２ＡＱ、’　”　＋６０Ｈ−＋６Ｈ ＡＭ”　　十　＋３０１ＥＩ　−→Ａｌ　　（ＯＨ）　
　。

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＝　９− 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・フィルム１３をアルミニウム水和酸化膜１
２の全表面に塗布することによりシリカ・フィルムをア
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Ｑフィルム
１３中の溶剤を飛散させれば、シリカ・フィルムを含浸
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・フィルム
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・フィ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−フィルムを含浸さ
せたアルミニウム水和酸化膜１２０表面に保護絶縁膜７
１を形成する場合について示したが、シリカ・フィルム
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・フィルムを含浸させたアルミニウム水和酸
化膜１２１が形成されており、シリカ・フィルムを含浸
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・フィルムを含浸させた
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５
２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表面にシリカ拳フィルムを含浸さ
せたアルミニウム水和酸化膜１２２が形成されており、
シリカ拳フィ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・フィルムを含浸さ
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・フィ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。

［発明の効果コ 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・フィルムを含浸させ
たアルミニウム水和酸化膜、１３はシリカ・フィルムで
ある。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１Ｂ図 １３：　：／Ｃ１ｔ３・フィ１し４ ｊ−帆 ？ ５０ニア１Ｌミ＝ウムａｅ碌　　　６：了ＩＬ　Ｓ　−
ｉ　Ｆ４１１２：？ｌＬミ；′フ４水オυ山奏イヒ月資
＋２．Ｏ：　−、ｆｉ；品７：ｅｍ７Ａ：＝６ｚ水ｉ製
化Ｊｌｉ第２図 第３Ａ図 第３０図 第４図 第５図 ８１Ｉｌ　　　　　　　　冨

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （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。