多层布线结构的半导体器件制造技术

在ＬＳＩ芯片上层叠多个布线层。各布线层由被施加机械压力的电极、设置在需要机械强度的区域上并形成上述电极的第一绝缘膜、与上述第一绝缘膜形成在同一层上并设置在与上述第一绝缘膜相比不需要机械强度的区域上的第二绝缘膜、在上述第二绝缘膜表面上设置的布线构成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于并宣称以2001年9月27日提交的在先日本专利申请No.2001-298309为优先权，该申请的整个内容在此引入为参考。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及多层布线结构的半导体器件，尤其涉及同一布线层内的绝缘膜的结构。2.相关技术说明为实现半导体器件，特别是LSI的性能提高，多层布线结构中使用的绝缘膜朝低介电率发展。即，通过作为布线彼此之间设置的绝缘膜使用低介电率的绝缘膜，可降低布线彼此之间的寄生电容，改善传播过布线的信号的延迟时间，实现LSI动作的高速化。这里，为使绝缘膜的介电率k降低到3以下，需要降低绝缘膜的密度。但是，由于和绝缘膜的机械强度的折衷关系，绝缘膜低介电率化，使得机械强度不足够。原来的多层布线结构的半导体器件中，同一布线层使用的绝缘膜用一种材料构成，作为该绝缘膜使用时，产生下面的问题。第一问题是将低介电率绝缘膜用于多层布线结构时，焊接工序和封装工序等不耐机械冲击，绝缘膜会割裂。例如，附图说明图1表示由于焊接工序时的机械冲击割裂绝缘膜的情况。图1中，多个布线层60的每一个都使用低介电率密度小的材料构成的绝缘膜61构成。多个金属布线62分别由埋置在各绝缘膜61的表面形成的例如Cu构成。最上层的布线层60上除金属布线层62外，还形成Cu构成的焊接垫63。另外，最上层的布线层60上形成钝化膜64。这里，作为上述绝缘膜61，使用低介电率密度小的材料时，由于焊接工序时对焊接垫63的机械冲击，在与焊接垫63的下面角部相接的绝缘膜61部分上产生割裂。第二问题是形成绝缘膜的途中，从绝缘膜排出的气体、水对元件产生不良影响。通过甲基聚硅氧烷的涂布、烧结形成绝缘膜时，甲基聚硅氧烷的涂布膜由于脱水缩合反应而进行架桥，因此必然在成膜的过程中释放大量的氢和水。但是，LSI中，形成强介电体存储器单元和MIM(Metal-Insulator-Metal金属—绝缘体—金属)电容等时，这些元件的电容绝缘膜中的很多在氢气氛中加热时会引起性能恶化。图2A～2C表示构成多层布线结构的一个布线层中形成MIM电容的半导体器件的制造工序。首先，如图2A所示，例如SOG(Spin On Glass)等构成的绝缘膜61的表面上形成埋置例如Cu构成的金属布线62的布线层60。接着在整个面上形成例如硅氮化物(SiN)等构成的阻止膜65，另外，在其上形成MIM电容66。MIM电容66具有由上部电极和下部电极夹住例如硅氮化物、钽氧化物、钛氮化物等构成的电容绝缘膜的结构。接着如图2B所示，涂布例如甲基聚硅氧烷，之后进行烧结形成构成上层的布线层的绝缘膜61。烧结该绝缘膜61时，从甲基聚硅氧烷的涂布膜释放大量的氢(H)。该释放的氢通过加热，把氢引入MIM电容66的电容绝缘膜中，引起性能恶化。之后，如图2C所示，形成例如Cu构成的金属布线62来贯通绝缘膜61的表面和内部。第三问题是由于从绝缘膜释放的气体的原因，引起其他膜的腐蚀、侵蚀，造成膜被破坏。根据绝缘膜的的种类，有吸水性、透水性高的膜。在具有结合能量比较低的结合的绝缘膜中，也有多层布线形成工序时的350～400℃左右的温度下释放气体的不稳定膜。通过这种逃逸气体，释放气体的绝缘膜自身的特性当然也变化，由于释放气体的原因，其他膜被腐蚀、侵蚀，引起膜被破坏。图3表示作为构成布线层的绝缘膜61使用容易释放气体的膜时，在加热工序时引起膜破坏的情况。图3中，构成布线层的绝缘膜61上形成硅氮化物(SiN)等构成的阻止绝缘膜65后，在其上形成新的绝缘膜61。烧结该新的绝缘膜61时的加热工序时，作为绝缘膜61使用容易释放气体的膜时，从该绝缘膜61释放气体，由于该释放气体，使得与下部的膜的密合性恶化的部分，例如焊接垫63的上部中，在阻止绝缘膜65上产生膜破坏。这样，在原来，用一种材料构成同一布线层使用的绝缘膜。因此，作为绝缘膜使用低介电率的绝缘膜，要实现动作的高速化时，机械冲击在绝缘膜中产生割裂，从绝缘膜排出的气体和水对元件产生不良影响。由于从绝缘膜释放的气体的原因，引起膜腐蚀和侵蚀，引起膜破坏等，这些在可靠性方面都是问题。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供一种多层布线结构的半导体器件，包括被施加机械压力的电极；设置在需要机械强度的区域上并形成上述电极的第一绝缘膜；与上述第一绝缘膜形成在同一层上并设置在与上述第一绝缘膜相比不需要机械强度的区域上的第二绝缘膜；在上述第二绝缘膜表面上设置的布线层。根据本专利技术的另一个方面，提供一种多层布线结构的半导体器件的制造方法，包括在基台上涂布产生架桥反应或发泡反应的绝缘材料的膜；热处理上述绝缘材料的膜，产生架桥反应或发泡反应，在上述基台上形成第一绝缘膜；在上述基台上选择地剩余上述第一绝缘膜并在其他区域去除上述第一绝缘膜；在去除上述第一绝缘膜的区域形成第二绝缘膜。附图的简要说明图1是已有的半导体器件的截面图；图2A～2C是顺序表示已有的半导体器件的制造工序的截面图；图3是已有的半导体器件的截面图；图4A是本专利技术的第一实施例的LSI芯片的平面图；图4B是沿图4A中4B-4B线的截面图；图5A～5G是顺序表示第一实施例的LSI芯片的制造工序的截面图；图6A～6B是顺序表示第一实施例的LSI芯片的其它制造工序的截面图；图7A是本专利技术的第二实施例的LSI芯片的平面图；图7B是沿着图7A的7B-7B线的截面图；图8A～8F是顺序表示第二实施例的LSI芯片的制造工序的截面图；图9A是本专利技术的第三实施例的LSI芯片的平面图；图9B是沿着图9A的9B-9B线的截面图；图10是本专利技术的第四实施例的LSI芯片的截面图11A是本专利技术的变形例的布线层的平面图；图11B是沿着图11A的11B-11B线的截面图；专利技术的具体说明下面参考附图根据实施例详细说明本专利技术。图4A，4B是在LSI中实施本专利技术的第一实施例的LSI芯片的平面图和截面图。图4B中仅表示出芯片上部附近结构。这些图不必反映实际尺寸。芯片上部层叠例如3层的布线层11，12，13。这3层的布线层11，12，13的每一个中，2种绝缘膜在芯片中央部和周边部分区域设置。上述2种绝缘膜中设置在芯片中央部的一个绝缘膜14例如由有机SOG膜构成。该绝缘膜14具有多个空孔，其介电率k小于3，例如设为2.2～2.7的范围的值。并且，该绝缘膜14表面上埋置形成例如Cu构成的多个金属布线15。芯片周边部设置的另一绝缘膜16例如由通过等离子体CVD法形成的SiN膜构成。该绝缘膜16与有机SOG膜构成的那个绝缘膜14相比，介电率k高，但机械强度优越。并且，该绝缘膜16表面上埋置形成例如Cu构成的多个焊接垫17。上述布线层11，12，13上部分别形成由SiN、SiCN、SiCO等之一材料构成的阻止膜18。上述阻止膜18防止Cu向其他布线层扩散。另外，上述布线层11，12，13上形成的焊接垫17经布线层12，13上形成的通路布线19把对应的彼此之间电连接起来。最上层的布线层13上形成例如SiN膜/TEO-SiO2膜/SiN膜构成的3层结构的钝化膜20。并且，该钝化膜20的与上述焊接垫17对应的位置上开出焊接用的开口部21。图4A和4B所示的LSI芯片中，多个布线层11，12，13在表面具有形成了金属布线15和焊接垫17的绝缘膜，各绝缘膜由设置在芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层布线结构的半导体器件，包括： 被施加机械压力的电极； 设置在需要机械强度的区域上并形成上述电极的第一绝缘膜； 与上述第一绝缘膜形成在同一层上并设置在与上述第一绝缘膜相比不需要机械强度的区域上的第二绝缘膜； 在上述第二绝缘膜表面上设置的布线层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2001-9-27 2001-2983091.一种多层布线结构的半导体器件，包括被施加机械压力的电极；设置在需要机械强度的区域上并形成上述电极的第一绝缘膜；与上述第一绝缘膜形成在同一层上并设置在与上述第一绝缘膜相比不需要机械强度的区域上的第二绝缘膜；在上述第二绝缘膜表面上设置的布线层。2.根据权利要求1的半导体器件，其中被施加上述机械压力的电极是焊接垫，上述第一绝缘膜设置在上述焊接垫的周围或下面的区域上。3.根据权利要求1的半导体器件，其中上述第一绝缘膜设置在半导体器件的周边部。4.根据权利要求1的半导体器件，其中上述第二绝缘膜的介电率k小于3。5.根据权利要求1的半导体器件，其中上述第一绝缘膜是SOG膜，上述第二绝缘膜是等离子体CVD膜。6.一种多层布线结构的半导体器件，包括被施加机械压力的电极；设置在需要机械强度的区域上并形成上述电极的非多孔质的绝缘膜；与上述非多孔质绝缘膜形成在同一层上并设置在与上述第一绝缘膜相比不需要机械强度的区域上的多孔质的绝缘膜；在上述多孔质的绝缘膜表面上设置的布线层。7.根据权利要求6的半导体器件，其中上述多孔质的绝缘膜和非多孔质的绝缘膜都是SOG膜。8.根据权利要求6的半导体器件，其中被施加上述机械压力的电极是焊接垫，上述非多孔质的绝缘膜设置在上述焊接垫的周围或下面的区域上。9.根据权利要求6的半导体器件，其中上述非多孔质的绝缘膜是等离子体CVD膜，上述多孔质的绝缘膜由SOG膜构成。10.一种多层布线结构的半导体器件，包括设置在形成电容绝缘膜的第一区域上、加热时气体释放量比较少的第一绝缘膜；与上述第一绝缘膜形成在同一层上并设置在上述第一区域以外的第二区域上的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：松永范昭，下冈义明，东和幸，柴田英毅，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]