JPS6351385B2 - - Google Patents
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- JPS6351385B2 JPS6351385B2 JP56199501A JP19950181A JPS6351385B2 JP S6351385 B2 JPS6351385 B2 JP S6351385B2 JP 56199501 A JP56199501 A JP 56199501A JP 19950181 A JP19950181 A JP 19950181A JP S6351385 B2 JPS6351385 B2 JP S6351385B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/3105—After-treatment
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術的分野
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さら
に詳しくは有機絶縁膜からなる半導体装置の電気
的不安定性を克服する製造方法に関する。
に詳しくは有機絶縁膜からなる半導体装置の電気
的不安定性を克服する製造方法に関する。
発明の技術的背景
従来、半導体装置の絶縁膜、特に多層配線の層
間絶縁膜には、酸化珪素膜に代表される無機絶縁
膜とポリイミドに代表される有機絶縁膜が使用さ
れてきた。
間絶縁膜には、酸化珪素膜に代表される無機絶縁
膜とポリイミドに代表される有機絶縁膜が使用さ
れてきた。
典型的な従来例の多層配線半導体装置の構造
は、第１図にみるように、先ず、拡散領域を形成
したシリコン基板１上の下地絶縁膜２（通常は酸
化シリコン膜）の上に第１層の配線３が形成され
ている。次に、パターン化された第１層配線３上
に層間絶縁膜４が形成され、コンタクトホールの
穴あけの後、第２層配線５が設けられたものであ
る。
は、第１図にみるように、先ず、拡散領域を形成
したシリコン基板１上の下地絶縁膜２（通常は酸
化シリコン膜）の上に第１層の配線３が形成され
ている。次に、パターン化された第１層配線３上
に層間絶縁膜４が形成され、コンタクトホールの
穴あけの後、第２層配線５が設けられたものであ
る。
背景技術の問題点
上記の層間絶縁膜４としてCVD法などによる
無機絶縁膜は、適当な形成条件によつて電気的に
安定なものが得られるが、形成温度が400〜600℃
と比較的高く、また下地の凹凸を平坦化する能力
に劣り、さらに膜相互間の応力に起因して発生し
たき裂によつて破壊する等の欠点がある。一方、
有機絶縁膜は、形成方法が塗布のような簡便な方
法で、形成温度も室温に近く、また平坦化能力に
勝れ、さらに膜相互間の応力緩和作用がある等の
利点があるが、電気的安定性がきわめて悪いとい
う欠点がある。
無機絶縁膜は、適当な形成条件によつて電気的に
安定なものが得られるが、形成温度が400〜600℃
と比較的高く、また下地の凹凸を平坦化する能力
に劣り、さらに膜相互間の応力に起因して発生し
たき裂によつて破壊する等の欠点がある。一方、
有機絶縁膜は、形成方法が塗布のような簡便な方
法で、形成温度も室温に近く、また平坦化能力に
勝れ、さらに膜相互間の応力緩和作用がある等の
利点があるが、電気的安定性がきわめて悪いとい
う欠点がある。
この有機絶縁膜の欠点は、膜を形成する高分子
が、ポリイミドなど一般に構造上双極子を持つて
おり、電界が加われば分極するためである。例え
ば、第１図の破線で囲んだＡ部の構造で、第２層
配線５に正の電圧がかかれば、有機質の層間絶縁
膜４が分極し、シリコン基板１に形成されたバイ
ポーラトランジスタのベース領域（ロｐ型半導体
領域）がｎ型半導体に反転して、トランジスタ動
作を阻害することがある。さらに電界が除去され
た後でも、有機質の層間絶縁膜４は分極状態を保
持しており、シリコン基板の素子に影響を及ぼ
す。
が、ポリイミドなど一般に構造上双極子を持つて
おり、電界が加われば分極するためである。例え
ば、第１図の破線で囲んだＡ部の構造で、第２層
配線５に正の電圧がかかれば、有機質の層間絶縁
膜４が分極し、シリコン基板１に形成されたバイ
ポーラトランジスタのベース領域（ロｐ型半導体
領域）がｎ型半導体に反転して、トランジスタ動
作を阻害することがある。さらに電界が除去され
た後でも、有機質の層間絶縁膜４は分極状態を保
持しており、シリコン基板の素子に影響を及ぼ
す。
従つて、有機絶縁膜を、第２層配線等上層配線
下の層間絶縁膜に用いた半導体装置においては、
配線直下に素子が配置されないようにしたり、常
時電圧がかかる配線は有機絶縁膜上に配線しない
ようにしたり、回路設計上種々の制約があつて極
めて不利になつている。
下の層間絶縁膜に用いた半導体装置においては、
配線直下に素子が配置されないようにしたり、常
時電圧がかかる配線は有機絶縁膜上に配線しない
ようにしたり、回路設計上種々の制約があつて極
めて不利になつている。
発明の目的
本発明の目的は、有機絶縁膜の利点を損わず
に、その最大の欠点である電気的不安定性を克服
する半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。また別の目的は、配線の中間有機絶縁膜によ
るシリコン基板表面準位濃度の変化を克服する多
層配線半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
に、その最大の欠点である電気的不安定性を克服
する半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。また別の目的は、配線の中間有機絶縁膜によ
るシリコン基板表面準位濃度の変化を克服する多
層配線半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。
発明の概要
本発明に用いられるポリイミド樹脂そのもの
は、従来から半導体装置の絶縁膜として用いられ
たものであつて、ジアミンとテトラカルボン酸と
を要素とするイミド環を有する樹脂である。イミ
ド環の形成は、ポリアミツク酸のステージのもの
を塗布し、ベーキング閉環させるのが通常の方法
である。テトラカルボン酸としては、ピロメリテ
イツク酸無水物などが、ジアミンとしてはビス
（４−アミノフエニル）エーテルパラフエニレン
ジアミンなどが挙げられ、ピラリン（ヂユポン社
商品名）PIQ（日立社商品名）など市販品を用い
ることもできる。
は、従来から半導体装置の絶縁膜として用いられ
たものであつて、ジアミンとテトラカルボン酸と
を要素とするイミド環を有する樹脂である。イミ
ド環の形成は、ポリアミツク酸のステージのもの
を塗布し、ベーキング閉環させるのが通常の方法
である。テトラカルボン酸としては、ピロメリテ
イツク酸無水物などが、ジアミンとしてはビス
（４−アミノフエニル）エーテルパラフエニレン
ジアミンなどが挙げられ、ピラリン（ヂユポン社
商品名）PIQ（日立社商品名）など市販品を用い
ることもできる。
通常有機物は放射線照射を行なつたときには、
フリーラジカルの形成、イオン化、低分子化、架
橋重合などによる構造変化があつて有機物の劣化
につながるものと考えられている。しかし、ポリ
イミド絶縁膜にAr+イオンの注入のようなイオン
注入を行なうと、ポリイミド分子の切断や広い意
味で炭化が進行した絶縁膜に変換するが、イオン
注入量が適当であると、電気的に安定した絶縁膜
が得られることの知見が得られた。このような絶
縁膜は体積固有抵抗や透湿率などの絶縁物特性に
は顕著な変化がみられないにも拘らず、MOSバ
ラクタ法によつて評価される印加電圧に対するシ
リコン基板表面準位濃度の変化（ΔNss）が極め
て改善される。
フリーラジカルの形成、イオン化、低分子化、架
橋重合などによる構造変化があつて有機物の劣化
につながるものと考えられている。しかし、ポリ
イミド絶縁膜にAr+イオンの注入のようなイオン
注入を行なうと、ポリイミド分子の切断や広い意
味で炭化が進行した絶縁膜に変換するが、イオン
注入量が適当であると、電気的に安定した絶縁膜
が得られることの知見が得られた。このような絶
縁膜は体積固有抵抗や透湿率などの絶縁物特性に
は顕著な変化がみられないにも拘らず、MOSバ
ラクタ法によつて評価される印加電圧に対するシ
リコン基板表面準位濃度の変化（ΔNss）が極め
て改善される。
そのようなポリイミド絶縁膜の変換は、Ar+イ
オンの他、He+、Ｃイオン、Ｎイオンによつても
生ずるものであることが認められたが、化学的不
活性であるArを用いて深く検討を進めた。電気
的に安定した絶縁膜は、イオン注入によつて絶縁
膜の屈折率が上昇し、炭素の屈折率（約2.7）に
近づいて2.5〜2.7の範囲となつたときに得られ
る。
オンの他、He+、Ｃイオン、Ｎイオンによつても
生ずるものであることが認められたが、化学的不
活性であるArを用いて深く検討を進めた。電気
的に安定した絶縁膜は、イオン注入によつて絶縁
膜の屈折率が上昇し、炭素の屈折率（約2.7）に
近づいて2.5〜2.7の範囲となつたときに得られ
る。
発明の実施例
本発明の実施例を多層配線半導体装置の製造工
程により第２図ａ〜ｃを参照して説明する。
程により第２図ａ〜ｃを参照して説明する。
第２図ａにみるように、シリコン基板１（不純
物拡散層は図示してしない）上に熱酸化した
SiO2下地絶縁膜２が1μm厚さに形成され、また
第１層配線３が設けられている。これにポリイミ
ド溶液をスピンコート法により0.5μm厚さに塗布
し、イミド環化熱処理後、通常のフオトリソグラ
フイ法によりパターニングし、抱水ヒドラジンで
エツチングしてコンタクトホールをもつポリイミ
ド膜４を形成した。
物拡散層は図示してしない）上に熱酸化した
SiO2下地絶縁膜２が1μm厚さに形成され、また
第１層配線３が設けられている。これにポリイミ
ド溶液をスピンコート法により0.5μm厚さに塗布
し、イミド環化熱処理後、通常のフオトリソグラ
フイ法によりパターニングし、抱水ヒドラジンで
エツチングしてコンタクトホールをもつポリイミ
ド膜４を形成した。
次に第２図ｂにみるように、ポリイミド膜４中
にアルゴンイオン６（Ar+）を加速電圧400KeV、
注入量１×1015〜１×1016cm-2で注入して、炭化
させたポリイミド膜７を形成した。
にアルゴンイオン６（Ar+）を加速電圧400KeV、
注入量１×1015〜１×1016cm-2で注入して、炭化
させたポリイミド膜７を形成した。
次に第２図ｃにみるように、炭化させたポリイ
ミド膜７上に第２層配線５を形成した。
ミド膜７上に第２層配線５を形成した。
同時にMOSバラクタ法による評価のために、
第３図ｂに示したように、Ｎ型シリコン基板３１
に熱酸化膜（0.1μm厚）３２、評価するポリイミ
ド膜（0.3μm厚）３３、電極（純アルミ1.0μm厚）
３４を重ねた試料を得て、印加電圧と表面準位濃
度の変化（ΔNss）の関係を調べ、第３図ａが得
られた。イオン注入しないポリイミド膜（曲線
〔Ａ〕）は、印加電圧−５×105V／cmのとき２×
1012cm-3であるのに対し、Ar+イオンを加速電圧
160KeVで１×1016cm-2注入した膜（曲線〔Ｂ〕）
は１×1010cm-3とほとんど変化しない。なお、
Ar+イオンを１×1015cm-2注入した膜（破線
〔Ｃ〕）もほとんど曲線〔Ｂ〕と一致した結果が得
られた。
第３図ｂに示したように、Ｎ型シリコン基板３１
に熱酸化膜（0.1μm厚）３２、評価するポリイミ
ド膜（0.3μm厚）３３、電極（純アルミ1.0μm厚）
３４を重ねた試料を得て、印加電圧と表面準位濃
度の変化（ΔNss）の関係を調べ、第３図ａが得
られた。イオン注入しないポリイミド膜（曲線
〔Ａ〕）は、印加電圧−５×105V／cmのとき２×
1012cm-3であるのに対し、Ar+イオンを加速電圧
160KeVで１×1016cm-2注入した膜（曲線〔Ｂ〕）
は１×1010cm-3とほとんど変化しない。なお、
Ar+イオンを１×1015cm-2注入した膜（破線
〔Ｃ〕）もほとんど曲線〔Ｂ〕と一致した結果が得
られた。
また、Ar+イオン注入したポリイミド膜の屈折
率の変化を、エリプソメトリー法により測定した
結果を第４図に示したが、イオン注入量の増加に
伴つて、屈折率が増加し、炭素の屈折率（約2.7）
に近づく。すなわち、前記MOSバラクタ法によ
る評価で表面準位濃度の安定する範囲についてみ
ると、１×1015cm-2の注入量で屈折率は2.5を超
え、１×1016cm-2の注入量まで屈折率は2.7の値を
示した。このことは、最初に塗布したポリイミド
が全く別の物質に変化し、広い意味で炭化が進行
したことを示しており、電気的安定化の指標とな
ることがわかる。この炭化が進行した状態は、絶
縁膜としての機能が失われたと結論づける試験結
果は何も得られなかつた。
率の変化を、エリプソメトリー法により測定した
結果を第４図に示したが、イオン注入量の増加に
伴つて、屈折率が増加し、炭素の屈折率（約2.7）
に近づく。すなわち、前記MOSバラクタ法によ
る評価で表面準位濃度の安定する範囲についてみ
ると、１×1015cm-2の注入量で屈折率は2.5を超
え、１×1016cm-2の注入量まで屈折率は2.7の値を
示した。このことは、最初に塗布したポリイミド
が全く別の物質に変化し、広い意味で炭化が進行
したことを示しており、電気的安定化の指標とな
ることがわかる。この炭化が進行した状態は、絶
縁膜としての機能が失われたと結論づける試験結
果は何も得られなかつた。
発明の効果
本発明によれば、ポリイミド膜にイオン注入し
て炭素の屈折率に近い2.5〜2.7の範囲にするとい
う予想外の方法により、半導体装置の有機絶縁膜
としての機能を損わずに、MOSバラクタ法によ
り確認されるように電気的安定性の高い絶縁膜に
変換することができた。そして簡単な工程で、素
子特性上信頼性の高い多層配線半導体装置を得る
ことができる。さらに、下層の素子を考慮せずに
配線をひきまわせるので、回路設計が簡単とな
り、設計期間の大幅な短縮ができ、また半導体装
置の集積度の向上に寄与することができる。
て炭素の屈折率に近い2.5〜2.7の範囲にするとい
う予想外の方法により、半導体装置の有機絶縁膜
としての機能を損わずに、MOSバラクタ法によ
り確認されるように電気的安定性の高い絶縁膜に
変換することができた。そして簡単な工程で、素
子特性上信頼性の高い多層配線半導体装置を得る
ことができる。さらに、下層の素子を考慮せずに
配線をひきまわせるので、回路設計が簡単とな
り、設計期間の大幅な短縮ができ、また半導体装
置の集積度の向上に寄与することができる。
第１図は典型的な多層配線半導体装置の構造説
明図、第２図は本発明の一実施例の工程図、第３
図ａは本発明による絶縁膜のシリコン基板表面準
位濃度の変化を示すグラフ、第３図ｂは同図ａの
評価構造説明図、第４図は本発明による絶縁膜の
屈折率とイオン注入量との関係を示すグラフであ
る。 １……半導体基板、４……ポリイミド絶縁膜、
６……注入イオン、７……電気的安定化絶縁膜、
３……第１層配線、５……第２層配線。
明図、第２図は本発明の一実施例の工程図、第３
図ａは本発明による絶縁膜のシリコン基板表面準
位濃度の変化を示すグラフ、第３図ｂは同図ａの
評価構造説明図、第４図は本発明による絶縁膜の
屈折率とイオン注入量との関係を示すグラフであ
る。 １……半導体基板、４……ポリイミド絶縁膜、
６……注入イオン、７……電気的安定化絶縁膜、
３……第１層配線、５……第２層配線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体装置の製造方法において、ポリイミド
絶縁膜を半導体基板の上層に塗布し、該絶縁膜中
にAr、He、Ｃ又はＮのイオンを加速注入して該
絶縁膜の屈折率を2.5〜2.7の範囲とし、該絶縁膜
を、電気的に安定化した絶縁膜に変換形成するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 少くとも一つの拡散層を形成した半導体基板
の上層に、配線を設け又は設けずして、該配線を
設けたときは該配線上に、ポリイミド絶縁膜を塗
布し、必要に応じ該絶縁膜のパターニングをした
後、Arイオンを加速注入して該絶縁膜の屈折率
を2.5〜2.7の範囲とし、該絶縁膜を、電気的に安
定化した絶縁膜に変換形成し、次いで該絶縁膜上
層の配線を形成することを特徴とする多層配線半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199501A JPS58101439A (ja) | 1981-12-12 | 1981-12-12 | 半導体装置の製造方法 |
| US07/089,959 US4853760A (en) | 1981-12-12 | 1987-08-25 | Semiconductor device having insulating layer including polyimide film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56199501A JPS58101439A (ja) | 1981-12-12 | 1981-12-12 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58101439A JPS58101439A (ja) | 1983-06-16 |
| JPS6351385B2 true JPS6351385B2 (ja) | 1988-10-13 |
Family
ID=16408869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56199501A Granted JPS58101439A (ja) | 1981-12-12 | 1981-12-12 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4853760A (ja) |
| JP (1) | JPS58101439A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2560030B2 (ja) * | 1987-05-09 | 1996-12-04 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| WO1993013549A1 (en) * | 1991-12-20 | 1993-07-08 | Vlsi Technology, Inc. | Integrated circuit contact barrier formation with ion implant |
| JPH07302912A (ja) | 1994-04-29 | 1995-11-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US6800875B1 (en) | 1995-11-17 | 2004-10-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Active matrix electro-luminescent display device with an organic leveling layer |
| TWI228625B (en) * | 1995-11-17 | 2005-03-01 | Semiconductor Energy Lab | Display device |
| TW309633B (ja) * | 1995-12-14 | 1997-07-01 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
| US6225218B1 (en) | 1995-12-20 | 2001-05-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and its manufacturing method |
| JP3725266B2 (ja) | 1996-11-07 | 2005-12-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 配線形成方法 |
| US6475836B1 (en) | 1999-03-29 | 2002-11-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US6309922B1 (en) * | 2000-07-28 | 2001-10-30 | Conexant Systems, Inc. | Method for fabrication of on-chip inductors and related structure |
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| JPS53107285A (en) * | 1977-03-02 | 1978-09-19 | Hitachi Ltd | Production of wiring structural body |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4835778A (ja) * | 1971-09-09 | 1973-05-26 | ||
| DE2428373C2 (de) * | 1974-06-12 | 1982-05-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von weichlötbaren Anschlußkontakten auf einer Halbleiteranordnung |
| JPS51123562A (en) * | 1975-04-21 | 1976-10-28 | Sony Corp | Production method of semiconductor device |
| JPS5642366A (en) * | 1979-09-13 | 1981-04-20 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
| US4269631A (en) * | 1980-01-14 | 1981-05-26 | International Business Machines Corporation | Selective epitaxy method using laser annealing for making filamentary transistors |
| US4393092A (en) * | 1982-03-12 | 1983-07-12 | Motorola, Inc. | Method for controlling the conductivity of polyimide films and improved devices utilizing the method |
| JPH05269378A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化ジルコニウム担体及びその製造方法 |
-
1981
- 1981-12-12 JP JP56199501A patent/JPS58101439A/ja active Granted
-
1987
- 1987-08-25 US US07/089,959 patent/US4853760A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5141964A (ja) * | 1974-10-07 | 1976-04-08 | Nippon Electric Co | |
| JPS5169378A (en) * | 1974-10-07 | 1976-06-15 | Nippon Electric Co | Handotaisochi oyobisono seizohoho |
| JPS53107285A (en) * | 1977-03-02 | 1978-09-19 | Hitachi Ltd | Production of wiring structural body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58101439A (ja) | 1983-06-16 |
| US4853760A (en) | 1989-08-01 |
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