JPH11145284A - 半導体装置の製造方法およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐ストレス性の小さいフッ化炭素系樹脂等の
有機系絶縁膜と、剛性は大きいが水分を吸着しやすい酸
化シリコン等の無機系絶縁膜との積層絶縁膜を用いた半
導体装置における、膜剥離や、有機系絶縁膜の熱変形を
防止する。 【解決手段】 有機系絶縁膜４，７と、無機系絶縁膜
３，５，６，８との積層絶縁膜上に配線１１，１３材料
層等、水分透過性の小さい膜を形成する前に、熱処理工
程を挿入し、この後直ちに配線材料層等を成膜する。 【効果】 無機系絶縁膜に吸着あるいは内包された水分
が除去され、後工程での加熱により水分が気化する現象
が防止される。したがって、積層絶縁膜の内圧が上昇す
ることなく、膜剥離等の問題を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法およびこれを用いた半導体装置に関し、さらに詳しく
は、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜との積層絶縁膜を用い
た半導体装置における、絶縁膜の剥離を防止する際に適
用して好適な半導体装置の製造方法およびこれを用いた
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化が進
展するに伴い、多層配線構造が多用され、同一配線層内
の隣り合う配線間の層間絶縁膜の幅が狭まるとともに、
異なる配線層間の層間絶縁膜の厚さも薄くなっている。
かかる配線間隔の縮小により、配線間容量の上昇による
配線遅延等が問題となりつつある。このため半導体装置
の実動作速度は１／Ｋ（Ｋはスケーリングファクタ）の
スケーリング則に合致しなくなり、高集積化のメリット
を充分に発揮することができない。配線間容量の上昇防
止は、高集積度半導体装置の高速動作、低消費電力およ
び低発熱等の諸要請に応えるためには、是非とも解決し
なければならない要素技術の１つである。

【０００３】従来より半導体装置の層間絶縁膜等に採用
されてきた絶縁体膜材料は、ＳｉＯ₂ 、ＳｉＯＮやＳｉ
₃ Ｎ₄ 等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体
装置の配線間容量の低減方法として、例えば特開昭６３
−７６５０号公報に開示されているように、これら一般
的な無機系材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜
の採用が有効である。この低誘電率材料としては、フッ
素原子を含む酸化シリコン系絶縁膜（以下ＳｉＯＦと記
す）等の無機系材料と、炭素原子を含む有機系材料が代
表的である。

【０００４】ＳｉＯＦは、ＳｉＯ₂ を構成するＳｉ−Ｏ
−Ｓｉ結合をＦ原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびＳｉ−Ｆ結合やＯ−Ｆ結合の分極
率が小さいこと等により低誘電率が達成される。このＳ
ｉＯＦはその成膜やエッチングのプロセスが従来のＳｉ
Ｏ₂ に類似したものであるので、現用の製造装置でも容
易に採用できる。また無機系材料であるので耐熱性にも
優れる。

【０００５】一方の炭素原子を含む有機系材料による低
誘電率絶縁体膜としては、有機ＳＯＧ（Spin On Glas
s)、ポリイミド、ポリパラキシリレン（商標名パリレ
ン）、ベンゾシクロブテン、ポリナフタレン等の有機高
分子材料が知られている。これらの材料は炭素原子を含
有することでその密度が低減され、また分子（モノマ）
自体の分極率を小さくすることで低誘電率を達成してい
る。またシロキサン結合、イミド結合あるいはベンゼン
環やナフタレン環を導入することにより、ある程度の耐
熱性を得ている。これら炭化水素系の有機系材料に、さ
らにフッ素原子を導入することにより、比誘電率が１．
５〜２．５程度と一層の低誘電率化と耐熱性の向上が得
られる。かかるフッ素系樹脂の有機系材料としては、パ
ーフルオロ基含有ポリイミドやフッ化ポリアリールエー
テル、テフロン（商標名）あるいはフレア（商標名）等
が知られている。これら有機低誘電率材料は、例えば
「日経マイクロデバイス」誌１９９５年７月号１０５〜
１１２頁に紹介されている。

【０００６】これら比誘電率が３．５程度以下の低誘電
率材料層を、隣り合う配線間はもとより異なるレベルの
配線層間にも適用し、しかも低誘電率材料層をＳｉＯ₂
（比誘電率４）、ＳｉＯＮ（比誘電率４〜６）やＳｉ₃
Ｎ₄ （比誘電率６）等の膜質に優れた絶縁体膜により挟
み込む構造の積層絶縁膜を、本願出願人は特開平８−１
６２５２８号公報で開示し、低誘電率と高信頼性を合わ
せ持つ層間絶縁膜を有する半導体装置の可能性を示し
た。かかる半導体装置の一例を図４を参照して説明す
る。

【０００７】図４にその概略断面図を示す半導体装置
は、不図示のＭＯＳトランジスタ等が作りこまれたＳｉ
等の半導体基板１上に、ＳｉＯ₂ 等からなる下層絶縁体
膜２、Ａｌ−１％Ｓｉ等からなるラインアンドスペース
状の配線１０、この配線１０をコンフォーマルに被覆す
る保護無機系絶縁膜２３、平坦な表面を有する有機系絶
縁膜２４、およびこの有機系絶縁膜２４をさらに被覆す
るキャップ無機系絶縁膜２５が順次形成された構造を有
する。有機系絶縁膜２４は、保護無機系絶縁膜２３とキ
ャップ無機系絶縁膜２５により挟み込まれた積層絶縁膜
となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す構造に代表
される積層絶縁膜は、特にフッ素系樹脂を有機系絶縁膜
に採用した半導体装置に有効である。フッ素系樹脂は耐
酸化性、耐熱性、熱拡散性、耐ストレス性が必ずしも充
分ではなく、フッ素系樹脂をはじめとする有機系絶縁膜
単層の状態で半導体装置の層間絶縁膜に適用するのは困
難である。特に機械的応力に対する耐ストレス性に関し
ては、従来から層間絶縁膜として用いられてきた酸化シ
リコン系絶縁膜に比較して不充分である。これは、ヤン
グ率で比べると、酸化シリコン系絶縁膜の５〜１０×１
０¹⁰Ｐａに対し、フッ素系樹脂は０．１〜０．８×１０
¹⁰Ｐａ程度と桁違いに小さいことが理由として挙げられ
る。

【０００９】このため、半導体装置の層間絶縁膜として
有機系絶縁膜を導入する場合には、従来にはなかった新
たな問題が発生する。その一つに、無機系絶縁膜に吸着
あるいは含有されている水分の気化圧力による、主とし
て無機系絶縁膜と有機系絶縁膜との間の剥離の問題があ
る。層間剥離の問題は、後工程での配線や層間絶縁膜の
形成工程における加熱により発生し、特に水分含有量の
多い酸化シリコン系絶縁膜等を使用する場合にはこの問
題が顕在化する。

【００１０】従来から層間絶縁膜として用いられてきた
酸化シリコン系絶縁膜の場合には、このような気化水分
は膜中を拡散して外部へ放出されるので、無機系絶縁膜
同志の積層絶縁膜の場合は、層間剥離は特に問題とはな
らない。しかしながら有機系絶縁膜の場合は吸湿性が小
さいので、無機系絶縁膜から発生した気化水分は透湿性
の高い有機系絶縁膜中に閉じ込められ、その部分の内圧
が上昇する。このとき、有機系絶縁膜は機械的なストレ
スに弱いので、その圧力によって層間剥離や、甚だしい
場合には有機系絶縁膜自体の破壊が発生する。

【００１１】本発明はこのような問題点に鑑み提案する
ものであり、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜との積層絶縁
膜を用いた半導体装置の製造方法において、層間剥離
や、有機系絶縁膜の変形あるいは破壊を防止することを
その課題とする。また本発明の他の課題は、かかる製造
方法を用いた信頼性の高い高集積度の半導体装置を提供
することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本願の請求項１の半導体装置の製造方法は、被処
理基板上に有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを含む積層絶
縁膜を有し、この積層絶縁膜上に配線材料を形成する工
程を有する半導体装置の製造方法であって、この配線材
料を形成する工程に先立ち、積層絶縁膜に含まれる水分
を除去する熱処理工程を施し、この後、被処理基板を大
気に露出することなく、連続的に配線材料を形成するこ
とを特徴とする。

【００１３】この積層絶縁膜は接続孔を有するととも
に、この配線材料を形成する工程は、少なくともこの接
続孔内を充填するコンタクトプラグ材料形成工程を含む
ことを特徴とする。あるいは、この積層絶縁膜は接続孔
およびこの接続孔内に充填されたコンタクトプラグを有
するとともに、この配線材料を形成する工程は、この積
層絶縁膜上の上層配線材料形成工程であることを特徴と
する。

【００１４】さらに、上述した課題を達成するため、本
願の請求項６の半導体装置の製造方法は、被処理基板上
に、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを含む積層絶縁膜、
およびこの積層絶縁膜上の配線を有し、この積層絶縁膜
および配線上に上層絶縁膜を形成する工程を有する半導
体装置の製造方法であって、この上層絶縁膜を形成する
工程に先立ち、先の積層絶縁膜に含まれる水分を除去す
る熱処理工程を施し、この後、被処理基板を大気に露出
することなく、連続的に先の上層絶縁膜を形成すること
を特徴とする。

【００１５】本発明の半導体装置は、これら半導体装置
の製造方法を含んで製造されたものであることを特徴と
する。

【００１６】本発明で用いられる無機系絶縁膜としては
特に限定はなく、酸化シリコン、あるいはＰＳＧ、ＢＳ
Ｇ、ＢＰＳＧ等の不純物を含む酸化シリコン、酸化窒化
シリコン、窒化シリコン、ＳｉＯＦ等、一般的な半導体
装置に用いられる無機系の絶縁膜であれば種類を問わな
い。シリカゲル（Ｘｅｒｏｇｅｌ）のような微細気泡を
有する酸化シリコンでもよい。また通常の化学等量組成
よりＳｉ原子を多く含む酸化シリコンでもよい。ダイア
モンドライクカーボンやフッ化ダイアモンドライクカー
ボン等、高熱伝導率の無機系絶縁膜の採用も有効であ
る。またこれらの絶縁膜を単層で用いても複層で用いて
もよい。またその製造方法もＣＶＤ (Chemical Vapor D
eposition)、ＰＶＤ (Physical Vapor Deposition)、あ
るいは塗布法、焼成法等の別を問わない。

【００１７】つぎに本発明で用いられる有機系絶縁膜
は、先に示した無機系絶縁膜より低誘電率のものであれ
ば特に限定はない。有機ＳＯＧ（比誘電率３〜３．
５）、ポリイミド（比誘電率３〜３．５）、ポリパラキ
シリレン、ベンゾシクロブテン（比誘電率約２．６）、
ポリナフタレン等の炭化水素系樹脂、あるいはパーフル
オロ基を導入したポリイミド（比誘電率約２．７）、フ
ッ素添加ポリパラキシリレン（比誘電率約２．４）、フ
ッ化ポリアリールエーテル（比誘電率２．６）、テフロ
ン（商標名、比誘電率１．９〜２．１）、サイトップ
（商品名、比誘電率２．１）あるいはフレア（商標名）
等はいずれも採用できる。またこれらの絶縁膜を単層で
用いても複層で用いてもよい。またその製造方法もＣＶ
Ｄ、ＰＶＤあるいは塗布形成法等の別を問わない。

【００１８】本発明で採用する熱処理工程は、積層絶縁
膜、特に無機系絶縁膜に吸着あるいは内包された水分を
除去する目的であるから、無機系絶縁膜の種類や膜質に
より、適用温度は異なるが、概ね２００℃程度以上の温
度を用いることが望ましい。例えば基板バイアス印加に
よる高密度プラズマＣＶＤ法で成膜した場合には、膜質
が緻密であり水分の吸着あるいは含有量は少ないので、
２００℃程度の低温でよい。また上限としては、これも
有機系絶縁膜の材料により異なるが、一般的には耐熱樹
脂の熱分解あるいは変質温度以下である、４００℃程度
以下の温度であることが望ましい。熱処理雰囲気は窒素
や希ガスが望ましいが、配線等に対する熱酸化の虞れが
なければ空気中でもよい。また常圧中でも、減圧雰囲気
であってもよい。

【００１９】つぎに作用の説明に移る。本発明において
は、透湿性の無い、あるいは少ない配線材料や層間絶縁
膜を積層絶縁膜上に形成する前に、２００℃以上４００
℃以下程度の熱処理を加える。この熱処理により、主と
して無機系絶縁膜に吸着している、あるいは内在してい
る水分が除去される。この後、被処理基板を大気に露出
することなく、連続的に配線材料や層間絶縁膜を形成す
れば、これら配線材料や層間絶縁膜形成時の加熱工程
で、もはや水分が気化することはない。したがって、耐
ストレス性に乏しい有機系絶縁膜と無機系絶縁膜との間
の剥離や、有機系絶縁膜の熱変形、破壊が防止される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法およびこれを用いた半導体装置の実施の形態例につ
き、図面を参照しながら説明する。まず本発明の半導体
装置の製造方法を含んで製造された半導体装置を、図１
に示す概略断面図を参照して説明する。

【００２１】不図示のＭＯＳトランジスタやＢｉｐｏｌ
ａｒトランジスタ等が作りこまれたＳｉ等の半導体基板
１上に、下層絶縁膜２、Ａｌ−１％Ｓｉ等からなる下層
配線１１、この下層配線１１をコンフォーマルに被覆す
る下層保護無機系絶縁膜３、この下層保護無機系絶縁膜
３上に形成され、望ましくはその表面が平坦化されてい
る下層有機系絶縁膜４、下層キャップ無機系絶縁膜５、
同じくＡｌ−１％Ｓｉ等からなる上層配線１３、この上
層配線１３をコンフォーマルに被覆する上層保護無機系
絶縁膜６、この上層保護無機系絶縁膜６上に形成され、
望ましくはその表面が平坦化されている上層有機系絶縁
膜７、上層キャップ無機系絶縁膜８等を含み、本発明の
半導体装置は大略構成されている。下層配線１１と上層
配線１３は、コンタクトプラグ１２により接続されてい
る。

【００２２】これらのうち、下層絶縁膜２、下層保護無
機系絶縁膜３、下層キャップ無機系絶縁膜５、上層保護
無機系絶縁膜６および上層キャップ無機系絶縁膜８等
は、酸化シリコン、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等の不純
物を含む酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコ
ン、ＳｉＯＦ、ダイアモンドライクカーボンやフッ化ダ
イアモンドライクカーボン等の無機系絶縁材料により形
成されている。上層キャップ無機系絶縁膜８に、さらに
上層の配線を形成してもよい。また上層キャップ無機系
絶縁膜８は最終パシベーション膜であってもよい。

【００２３】また下層有機系絶縁膜４および上層有機系
絶縁膜７は、有機ＳＯＧ、ポリイミド、ポリパラキシリ
レン、ベンゾシクロブテン、ポリナフタレン等の炭化水
素系樹脂、あるいはパーフルオロ基を導入したポリイミ
ド、フッ素添加ポリパラキシリレン、フッ化ポリアリー
ルエーテル、テフロン（商品名）、サイトップ（商品
名）あるいはフレア（商標名）等により形成されてい
る。

【００２４】下層配線１１および上層配線１３の材料は
特に制限はなく、Ａｌ系金属、Ｃｕ系金属、Ｗ等の高融
点金属や高融点金属シリサイド、高融点金属ポリサイド
あるいは多結晶シリコン等、いずれの材料であってもよ
い。また密着層やバリア層あるいは反射防止層を組み合
わせて用いてもよい。コンタクトプラグ１２の材料も特
に限定はなく、Ａｌ系金属、Ｃｕ系金属、ＷやＭｏ等の
高融点金属あるいは多結晶シリコン等いずれの材料であ
ってもよい。またＴｉやＴｉＮ等の密着層やバリア層を
組み合わせて用いてもよい。

【００２５】さて、本発明の半導体装置の製造方法が特
徴とする熱処理工程は、接続孔にコンタクトプラグ１２
用の配線材料を埋め込む前、上層配線１３用の配線材料
を形成する前、および上層キャップ無機系絶縁膜８を形
成する前にそれぞれ施す。すなわち、水分透過性のな
い、あるいは小さい膜を形成する前に熱処理工程を入れ
る。熱処理工程後は、積層絶縁膜、特に無機系絶縁膜へ
の再度の水分の吸着を防止するため、被処理基板を大気
に露出することなく、同一の熱処理チャンバ内で、ある
いは真空中や乾燥窒素雰囲気中等を成膜チャンバに搬送
して、連続的に配線材料層や上層の絶縁膜を成膜する。
これらの熱処理により、配線材料層や上層の絶縁膜の成
膜工程での加熱や、その後の熱処理工程での剥離や有機
系絶縁膜の破壊等が防止される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の半導体装置の製造方法および
これを用いた半導体装置の好適な実施例につき、図面を
参照してさらに詳しく説明する。なお本発明はこれら実
施例になんら限定されるものではない。

【００２７】実施例１ 本実施例は、有機系絶縁膜の材料として〔化１〕で示さ
れるポリパラキシリレンを採用し、これをＣＶＤ法で形
成して有機系絶縁膜を形成した例であり、この工程を図
２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

【００２８】

【化１】

【００２９】まず図２（ａ）に示すように、半導体基板
１として不図示のトランジスタ等が作りこまれたシリコ
ン基板を採用し、この半導体基板１上に下層絶縁膜２と
してシリコン酸化膜をＣＶＤ法により５００ｎｍの厚さ
に形成し、必要に応じてここに接続孔（不図示）を開口
する。下層絶縁膜２の成膜方法は、一般的なＳｉＨ₄お
よびＯ₂ ガスを用いた減圧ＣＶＤ法、あるいはＴＥＯＳ
(Tetraethylorthosilicate)とＯ₂ ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法等でよい。

【００３０】この後、Ａｌ−１％Ｓｉ合金膜をスパッタ
リングにより６００ｎｍの厚さに形成し、さらに化学増
幅型レジストとＫｒＦエキシマレーザステッパによるリ
ソグラフィ、ドライエッチング等の各工程を経て０．３
５μｍのラインアンドスペース状の下層配線１１を形成
する。Ａｌ−１％Ｓｉ合金膜はＴｉ、ＴｉＮ等によるバ
リア膜や反射防止膜等を含んでいてもよい。下層配線１
１は、例えば０．３５μｍの配線幅と同じく０．３５μ
ｍのスペース幅からなる密な配線間隔領域と、１〜１０
μｍ程度の広いスペース幅を有する疎な配線間隔領域と
を含んでいる。

【００３１】つぎにシリコン酸化膜からなる下層保護無
機系絶縁膜３を、ＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法により１００ｎｍの厚さに形成する。この厚
さは、被処理基板の平坦部分での成膜厚さであり、特に
密な配線間隔領域の下層配線１１のスペース部分では、
この成膜厚さより薄く形成される。

【００３２】つぎに図２（ｂ）に示すように、下層保護
無機系絶縁膜３上にポリパラキシリレンからなる下層有
機系絶縁膜４を５００ｎｍの厚さに減圧ＣＶＤ法により
形成する。 減圧ＣＶＤ条件 ジパラキシリレン昇華温度 ２００ ℃ 加熱分解温度 ６００〜６５０ ℃ 被処理基板温度 ０ ℃ 原料のジパラキシリレンは固体粉末であるが、減圧雰囲
気中２００℃程度に加熱することにより、ダイマの形の
まま、気体となって昇華する。このジパラキシリレンガ
スは、６００〜６５０℃に加熱することにより、モノマ
に分解される。ジパラキシリレンガスの加熱は、例えば
同じＣＶＤチャンバ内の昇華源と被処理基板間に抵抗加
熱ヒータを巻回した中空加熱炉を配設し、この中空加熱
炉中にジパラキシリレンガスを通過させればよい。分解
されたパラキシリレンモノマはこの後１５０℃程度のガ
ス流となり、０℃程度に冷却された被処理基板上に到達
するとここで重合し、パラキシリレンポリマからなる下
層有機系絶縁膜４を形成する。

【００３３】この後、図２（ｃ）に示すように下層有機
系絶縁膜４上に、下層キャップ無機系絶縁膜５としてシ
リコン酸化膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた
プラズマＣＶＤ法により４５０ｎｍ形成する。下層キャ
ップ無機系絶縁膜５表面の平坦性が要求される場合に
は、予め１０００ｎｍ程度の厚さに成膜し、この後その
表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing)法によ
り平坦化する。この場合、下層キャップ無機系絶縁膜５
は、下層配線１１上で少なくとも４５０ｎｍ残すことが
望ましい。 プラズマＣＶＤ条件 ＳｉＨ₄ １００ ｓｃｃｍ Ｎ₂ Ｏ １５００ ｓｃｃｍ Ｎ₂ １０００ ｓｃｃｍ 圧力 １００ Ｐａ 被処理基板温度 ３５０ ℃ プラズマパワー ５００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） ＣＭＰは、コロイダルシリカをアルカリ性水溶液に懸濁
したスラリを用いればよい。

【００３４】つぎに、通常のレジストパターニング工
程、シリコン酸化膜および有機高分子膜のエッチング工
程を用いて０．２５μｍの開口径を有する接続孔（ビア
コンタクトホール）９を開口する。レジストマスク剥離
後の状態を図３（ｄ）に示す。

【００３５】この後通常は、接続孔９開口後、直ちにコ
ンタクトプラグの形成工程に移るが、本実施例では、レ
ジストマスク剥離後に窒素等の非酸化性雰囲気中で熱処
理工程を加える。 熱処理条件 被処理基板温度 ３５０ ℃ 時間 ３０ 分 この熱処理工程により、主として下層キャップ無機系絶
縁膜５に吸着ないしは内包されている水分が除去され
る。

【００３６】この後、被処理基板をＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置の基板ステージ上に搬送する。搬送に当たっては
真空搬送あるいは乾燥窒素雰囲気中を搬送し、大気に直
接触れることによる被処理基板の再吸湿を防止する。

【００３７】つぎにＴｉ膜を３０ｎｍ、およびＴｉＮ膜
を４０ｎｍの厚さにＥＣＲプラズマＣＶＤ法により順次
形成する。 Ｔｉ膜のＥＣＲプラズマＣＶＤ条件 ＴｉＣｌ₄ ５ ｓｃｃｍ Ｈ₂ １２０ ｓｃｃｍ Ａｒ ２５０ ｓｃｃｍ マイクロ波パワー ２．８ ｋＷ（２．４５ＧＨｚ） 圧力 １０³ Ｐａ 被処理基板温度 ３５０ ℃ Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜は、スパッタリング法や反応性ス
パッタリング法により形成してもよい。

【００３８】さらに、ブランケットＣＶＤ法によりＷ
（タングステン）膜を７００ｎｍの厚さに成膜する。 核形成ブランケットＣＶＤ条件 ＷＦ₆ ２５ ｓｃｃｍ ＳｉＨ₄ １０ ｓｃｃｍ マイクロ波パワー ２．８ ｋＷ（２．４５ＧＨｚ） 圧力 １０⁴ Ｐａ 被処理基板温度 ４５０ ℃ 膜成長ブランケットＣＶＤ条件 ＷＦ₆ ６０ ｓｃｃｍ Ｈ₂ ３５０ ｓｃｃｍ マイクロ波パワー ２．８ ｋＷ（２．４５ＧＨｚ） 圧力 １０⁴ Ｐａ 被処理基板温度 ４５０ ℃ Ｗ膜の形成に替えて、Ａｌ系金属をスパッタリング等に
より形成して、コンタクトプラグ材料としてもよい。

【００３９】この後、ＳＦ₆ 等のフッ素系ガスを用いて
Ｗ膜をエッチバックし、続けてＣｌ₂ 等の塩素系ガスを
用いてＴｉＮ膜およびＴｉ膜をエッチバックすることに
より、図３（ｅ）に示すように接続孔９内にコンタクト
プラグ１２を形成する。なおエッチバックに替えて、Ｃ
ＭＰによりＷ膜、ＴｉＮ膜およびＴｉ膜を研磨して接続
孔９内に埋め込み、コンタクトプラグ１２を形成しても
よい。

【００４０】通常は、コンタクトプラグ１２形成後、直
ちに上層の配線材料の形成工程に移るが、本実施例で
は、コンタクトプラグ１２形成後に窒素等の非酸化性雰
囲気中で熱処理工程を加える。 熱処理条件 被処理基板温度 ３５０ ℃ 時間 ３０ 分 この熱処理工程により、主として下層キャップ無機系絶
縁膜５に新たに吸着ないしは内包された水分が除去され
る。

【００４１】この後、被処理基板をスパッタリング装置
の基板ステージ上に搬送する。搬送に当たっては真空搬
送あるいは乾燥窒素雰囲気中を搬送し、大気に直接触れ
ることによる被処理基板の再吸湿を防止する。

【００４２】この後、Ａｌ−１％Ｓｉ合金膜をスパッタ
リングにより６００ｎｍの厚さに形成し、さらに化学増
幅型レジストとＫｒＦエキシマレーザステッパによるリ
ソグラフィ、塩素系ガスによるドライエッチング等の各
工程を経てラインアンドスペース状の上層配線１３を形
成する。Ａｌ−１％Ｓｉ合金膜はＴｉ、ＴｉＮ等による
バリア膜や反射防止膜を含んでいてもよい。上層配線１
３形成後の状態を図３（ｆ）に示す。

【００４３】通常は、上層配線１３を形成後、直ちに上
層配線１３を被覆する絶縁膜の形成工程に移るが、本実
施例では、上層配線１３形成後に窒素等の非酸化性雰囲
気中で熱処理工程を加える。 熱処理条件 被処理基板温度 ３５０ ℃ 時間 ３０ 分 この熱処理工程により、主として下層キャップ無機系絶
縁膜５に再び吸着ないしは内包された水分が除去され
る。

【００４４】上層配線１３を被覆する絶縁膜として、上
層保護無機系絶縁膜６、上層有機系絶縁膜７および上層
キャップ無機系絶縁膜８を形成した状態が、先に図１に
示した概略断面図として示される。これらの絶縁膜は、
先にその形成方法を示した下層保護無機系絶縁膜３、下
層有機系絶縁膜４および下層キャップ無機系絶縁膜５の
形成方法に準じて成膜することができるので、重複する
説明は省略する。この後、３層以上の多層配線を形成す
る場合には、上述した工程を反復すればよい。また２層
配線に留める場合には、上層キャップ無機系絶縁膜８を
最終パシベーション膜としてもよいし、さらに耐湿性、
イオンバリア性の高い窒化シリコン膜等をさらに形成し
てもよい。

【００４５】本実施例によれば、有機系絶縁膜としてポ
リパラキシリレンを用いた半導体装置における膜剥離あ
るいは有機系絶縁膜の変形、破損を、要所での熱処理工
程の導入により、効果的に防止することができる。

【００４６】実施例２ 本実施例は、有機系絶縁膜の材料として〔化２〕に示さ
れるフッ素樹脂（商品名：テフロンＡＦ）を採用し、こ
れをスピンコーティング法で成膜して有機系絶縁膜を形
成した例であり、この工程を同じく図２、図３および図
１を参照して説明する。なお〔化２〕に示される、ある
いは類似のフッ素樹脂であればテフロンＡＦ（商品名）
以外のものを用いてよい。

【００４７】

【化２】

【００４８】本実施例で採用した試料は、前実施例１で
図２（ａ）を参照して説明したものと同一であるので重
複する説明は省略する。つぎに下層保護無機系絶縁膜３
表面にプラズマを照射してその表面エネルギを高める。
プラズマ処理装置は、通常の平行平板型プラズマ処理装
置を用いた。 プラズマ処理条件 Ｎ₂ Ｏ ５０ ｓｃｃｍ 圧力 １０ Ｐａ ＲＦパワー ３００ Ｗ 時間 ２ 分 続けて、カプリング剤としてＣＦ₃ （ＣＦ₂ ）_n ＣＨ₂
ＳｉＣｌ₃ 、あるいはＣＦ₃ （ＣＦ₂ ）_n ＣＨ₂ Ｓｉ
（ＯＣＨ₃ ）₃ 、もしくはＣＦ₃ （ＣＦ₂ ）_n ＣＨ₂ Ｓ
ｉ（ＯＨ）₃ 等を溶剤に希釈した溶液をスピンコートし
た（ただしｎは２以上の自然数）。塗布厚は単分子層に
相当する膜厚程度でよい。

【００４９】〔化２〕で示されるフッ素樹脂をフロロカ
ーボン系の溶媒に溶解し、カプリング剤処理した下層保
護無機系絶縁膜３上にスピンコーティング法により塗布
し、乾燥、キュアリングの工程を経て下層有機系絶縁膜
４を５００ｎｍ成膜した。 スピンコーティング条件 粘度 ３０ ｃｐ 回転数 ３０００ ｒｐｍ 乾燥条件 温度 １００ ℃ 雰囲気 窒素 圧力 大気圧 時間 ２ 分 キュアリング条件 温度 ２５０ ℃ 雰囲気 窒素 圧力 大気圧 時間 ５ 分 乾燥およびキュアリングの雰囲気はＡｒ等の不活性ガス
を用いてもよい。下層有機系絶縁膜４形成後の状態を図
２（ｂ）に示す。

【００５０】この後の工程、すなわち図２（ｃ）に示す
下層キャップ無機系絶縁膜５の形成工程から図３（ｆ）
の上層配線１３形成工程迄は、熱処理工程も含めていず
れも前実施例１に準じておこなってよい。

【００５１】上層配線１３を被覆する絶縁膜として、上
層保護無機系絶縁膜６、上層有機系絶縁膜７および上層
キャップ無機系絶縁膜８を形成した状態が、先に図１に
示した概略断面図として示される。これらの絶縁膜は、
下層保護無機系絶縁膜３、下層有機系絶縁膜４および下
層キャップ無機系絶縁膜５の形成方法や熱処理方法に準
じて形成することができる。この後、３層以上の多層配
線を形成する場合には、上述した工程を反復すればよ
い。また２層配線に留める場合には、上層キャップ無機
系絶縁膜８を最終パシベーション膜としてもよいし、さ
らに耐湿性、イオンバリア性の高い窒化シリコン膜等を
さらに形成してもよい。

【００５２】本実施例によれば、有機系絶縁膜として低
誘電率のフッ素樹脂を用いた半導体装置における膜剥離
あるいは有機系絶縁膜の変形、破損を、要所での熱処理
工程の導入により、効果的に防止することができる。

【００５３】実施例３ 本実施例は、有機系絶縁膜の材料として〔化３〕に示さ
れるサイトップ（商品名）を用いた他は、前実施例２に
準じた製造方法により半導体装置を製造した。サイトッ
プの成膜方法もテフロンＡＦと同様でよい。ただし〔化
３〕と同じあるいは類似した構造を有する有機系絶縁膜
材料であれば、サイトップ以外の樹脂を採用してよい。

【００５４】

【化３】

【００５５】本実施例によっても、有機系絶縁膜として
低誘電率のサイトップを用いた半導体装置における膜剥
離あるいは有機系絶縁膜の変形、破損を、要所での熱処
理工程の導入により、効果的に防止することができる。

【００５６】実施例４ 本実施例は、有機系絶縁膜の材料として〔化４〕に示さ
れるフッ化ポリアリールエーテル（商品名：フレア）を
用いた他は、前実施例２に準じた製造方法により半導体
装置を製造した。フレアの成膜方法もテフロンＡＦと同
様でよい。ただし〔化４〕と同じあるいは類似した構造
を有する有機系絶縁膜材料であれば、フレア以外の樹脂
を採用してよい。またフッ素原子を含まないポリアリー
ルエーテルを用いてもよい。

【００５７】

【化４】

【００５８】本実施例によっても、有機系絶縁膜として
低誘電率のフレアを用いた半導体装置における膜剥離あ
るいは有機系絶縁膜の変形、破損を、要所での熱処理工
程の導入により、効果的に防止することができる。

【００５９】実施例５ 本実施例は、有機系絶縁膜の材料として〔化５〕に示さ
れるフッ化ポリイミドを用いた他は、前実施例２に準じ
た製造方法により半導体装置を製造した。フッ化ポリイ
ミドの成膜方法もテフロンＡＦと同様でよい。ただし
〔化５〕と同じあるいは類似した構造を有する有機系絶
縁膜材料であれば、フッ化ポリイミド以外の樹脂を採用
してよい。

【００６０】

【化５】

【００６１】本実施例によっても、有機系絶縁膜として
低誘電率かつ高耐熱性のフッ化ポリイミドを用いた半導
体装置における膜剥離あるいは有機系絶縁膜の変形、破
損を、要所での熱処理工程の導入により、効果的に防止
することができる。

【００６２】以上、本発明を５例の実施例により詳細に
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。

【００６３】例えば、無機系絶縁膜材料として酸化シリ
コンを例示したが、不純物を含む酸化シリコン、フッ素
を含む酸化シリコン、化学等量以外の酸化シリコン、酸
化窒化シリコン、窒化シリコン、あるいはダイアモンド
ライクカーボン等を用いることができる。

【００６４】また有機系絶縁膜として実施例に挙げたポ
リパラキシリレン、テフロン（商品名）、サイトップ
（商品名）、フレア（商品名）あるいはフッ化ポリイミ
ドの他に、有機ＳＯＧや各種炭化水素樹脂、シリコーン
樹脂あるいはフッ化炭素樹脂等を採用してよい。

【００６５】またＡｌ−１％Ｓｉ合金からなる配線層に
より配線群が形成された被処理基板を採用したが、配線
材料として多結晶シリコンや高融点金属、あるいはその
積層構造の高融点金属ポリサイド等を用いてもよい。ま
た積層絶縁膜を最終パッシベーション膜として用いる場
合にも適用できる。さらに半導体基板としてはＳｉの他
にＧａＡｓ等の化合物半導体基板を用いる場合にも有効
である。また半導体装置以外にも、薄膜ヘッドや薄膜イ
ンダクタ等、絶縁膜の低誘電率化が臨まれる、高周波の
各種マイクロ電子デバイス等にも適用可能であることは
言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法によれば、耐ストレス性の小さ
い有機系絶縁膜を、積層絶縁膜の一部に用いた半導体装
置の製造工程における膜剥離の問題や、有機系絶縁膜の
熱変形、破損の問題を回避することが可能となる。した
がって、本発明の半導体装置の製造方法の採用により、
層間絶縁膜やパシベーション膜の低誘電率を図った高集
積度半導体装置を信頼性高く提供することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図２に続く工程を示す。

【図４】無機系絶縁膜と有機系絶縁膜の積層絶縁膜を有
する半導体装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…下層絶縁膜、３…下層保護無機系
絶縁膜、４…下層有機系絶縁膜、５…下層キャップ無機
系絶縁膜、６…上層保護無機系絶縁膜、７…上層有機系
絶縁膜、８…上層キャップ無機系絶縁膜、９…接続孔、
１０…配線、１１…下層配線、１２…コンタクトプラ
グ、１３…上層配線、２３…保護無機系絶縁膜、２４…
有機系絶縁膜、２５…キャップ無機系絶縁膜

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板上に有機系絶縁膜と無機系絶
   縁膜とを含む積層絶縁膜を有し、前記積層絶縁膜上に配
   線材料を形成する工程を有する半導体装置の製造方法で
   あって、 前記配線材料を形成する工程に先立ち、 前記積層絶縁膜に含まれる水分を除去する熱処理工程を
   施し、 この後前記被処理基板を大気に露出することなく、連続
   的に前記配線材料を形成することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記積層絶縁膜は接続孔を有するととも
   に、 前記配線材料を形成する工程は、少なくとも前記接続孔
   内を充填するコンタクトプラグ材料形成工程を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記積層絶縁膜は接続孔および前記接続
   孔内に充填されたコンタクトプラグを有するとともに、 前記配線材料を形成する工程は、前記積層絶縁膜上の上
   層配線材料形成工程であることを特徴とする請求項１記
   載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記有機系絶縁膜の比誘電率は、前記無
   機系絶縁膜の比誘電率より小さいことを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の半導体装置の製造方法を
   含んで製造されたことを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 被処理基板上に、有機系絶縁膜と無機系
   絶縁膜とを含む積層絶縁膜、および前記積層絶縁膜上の
   配線を有し、前記積層絶縁膜および前記配線上に上層絶
   縁膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であ
   って、 前記上層絶縁膜を形成する工程に先立ち、 前記積層絶縁膜に含まれる水分を除去する熱処理工程を
   施し、 この後前記被処理基板を大気に露出することなく、連続
   的に前記上層絶縁膜を形成することを特徴とする半導体
   装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記有機系絶縁膜の比誘電率は、前記無
   機系絶縁膜の比誘電率より小さいことを特徴とする請求
   項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６記載の半導体装置の製造方法を
   含んで製造されたことを特徴とする半導体装置。