(57)【要約】【課題】  複数の配線層を有し、最上の配線層を保護膜で覆って構成される半導体装置において、配線容量低減のために配線間に空洞を形成した場合、空洞上方の保護膜中に接合界面が形成され、その接合界面を通して浸入した水分によりはいせんが腐食する問題を解決する。 【解決手段】  最上の配線を形成した後、酸化シリコンからなる応力緩和層を形成した後、配線間内に空洞が生じるように、窒化シリコンからなる第一の耐湿性保護膜を形成する。この時、空洞上方の第一の耐湿性保護膜中に接合界面が形成されるが、その表面を大気に暴露するか、もしくは異種の方法により絶縁膜を形成することにより、接合界面の成長を遮断して第二の耐湿性保護膜を積層形成する。 【選択図】図３
2006135069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配線層を有し、絶縁膜上に形成される最上の配線層を覆って形成される保護膜を備えた半導体装置であって、前記最上の配線層は、配線の幅が配線の高さより小さい配線と、配線の幅と同等の配線間隔とを有する複数の配線が同一繰り返しピッチで配置される領域を少なくとも含み、前記最上の配線層を覆う保護膜は、配線の上面、側面および前記絶縁膜表面を覆うように形成される応力緩和膜と、前記応力緩和膜上に形成される第一の耐湿性保護膜と、前記第一の耐湿性保護膜上に形成される第二の耐湿性保護膜で構成され、前記第一の耐湿性保護膜は、前記配線間隔の中央に形成される空洞と、前記空洞の上方に位置する保護膜中に、空洞から連続する接合界面とを有し、前記第二の耐湿性保護膜は、膜中に接合界面を有しないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第一の耐湿性保護膜は、配線の上面における膜厚が、前記配線間隔の１/２に、配線間に空洞を形成するために必要な第一の耐湿性保護膜が接触する位置の仰角で決まる余弦で除した値から、前記応力緩和膜の膜厚を差し引いた値が最小限度となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線の幅が４５０ｎｍ以下、前記配線の高さが６００〜８００ｎｍ、前記配線間隔が４５０ｎｍ以下、前記応力緩和膜の膜厚が８０〜１２０ｎｍ、前記第一の耐湿性保護膜の配線上面における膜厚が５０〜３５０ｎｍ、前記第二の耐湿性保護膜の配線上面における膜厚が、前記第一の耐湿性保護膜の膜厚と合せて、配線上面での耐湿性確保に必要な膜厚４００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
複数の配線層を有し、絶縁膜上に形成される最上の配線層を覆うように保護膜を形成する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に複数の半導体素子を形成する工程、少なくとも一つの配線層を含む複数の下層配線層を形成する工程、前記下層配線層上に絶縁膜を形成し、その表面を平坦化する工程、前記下層配線層と最上の配線層とを接続する導体プラグを形成する工程、最上の配線層を形成する工程、酸化シリコンからなる応力緩和層を温度４００℃程度のＣＶＤ法で形成する工程、配線間隔の中央に空洞を形成するように第一の耐湿性保護膜を温度４００℃程度のＣＶＤ法で堆積する工程、前記空洞上方の前記第一の耐湿性保護膜中に形成されている接合界面がその上に堆積する第二の耐湿性保護膜中に成長しないように第一の耐湿性保護膜表面を処理する工程、第二の耐湿性保護膜を温度４００℃程度のＣＶＤ法で堆積する工程、を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前項記載の、空洞上方の第一の耐湿性保護膜中に形成されている接合界面がその上に堆積する第二の耐湿性保護膜中に成長しないように第一の耐湿性保護膜表面を処理する工は、大気に暴露するか、もしくは異種の方法で絶縁膜を形成する工程から成ることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の配線層を有する半導体装置およびその製造方法に係わり、特に微細化された最上の配線層において、配線間容量を減少させるために配線間に空洞を形成すると保護膜の耐湿性が劣化する問題を回避する保護膜構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように半導体装置は使用動作環境の影響を強く受けることから、長期安定動作を確保するために外部環境からの影響を抑止することを目的として、最上の配線層が形成された後、保護膜を設けることが必須となっている。外部環境から悪影響を及ぼす因子としては水分やアルカリイオンがあり、前者は配線の腐食による断線、後者は半導体素子の特性変動をもたらすことが知られている。また、これらの影響から半導体装置を保護する材料として窒化シリコンが有効であることも周知の事実となっており、既に実用化されている。
【０００３】
図1に示した（a）、（b）、（c）の各々の図は、最上の配線層を覆う保護膜に関する従来技術の例を示している。いずれも最上の配線部分を抜き出した断面図で示されている。実際の半導体装置では、これらの図の下に下層配線層があり、さらにその下には半導体基板表面に形成された半導体素子が位置しているが、ここでは省略されている。
【０００４】
図1（a）を参照すると、層間絶縁膜１１上に最上の配線層１２が形成され、保護膜として窒化シリコン膜１３が形成されており、配線間が窒化シリコンで埋まった状態が示されている。半導体装置の集積度が小さく、配線の幅や配線間隔に余裕がある場合には、この保護膜構造で充分であった。しかし、集積度が向上し、配線間隔が狭まってくると、窒化シリコンの比誘電率が８程度と大きいことに起因して配線間容量が増大し、信号処理速度の遅延に対する影響が無視できなくなってきた。
【０００５】
図1（b）は、上記問題を回避するために提案された構造で、特開平５−３２６５０１に記載されている。層間絶縁膜２１上に最上の配線層２２を形成した後、配線間を比誘電率が４程度と比較的小さい酸化シリコン２３で埋め込み、配線２２と埋め込み酸化シリコン２３の表層上部にのみ、保護膜として厚さ７０００から１００００オングストローム程度の窒化シリコン２４が形成されている。本公知例では、配線間が窒化シリコンよりも比誘電率の小さい酸化シリコンで構成されているので、配線容量をより低減できる効果がある。しかし、さらに集積度が向上し配線間隔が狭まると、やはり配線容量が無視できなくなる問題が発生してきた。
【０００６】
図1（c）は、配線容量を低減するための、さらに改良された構造で、特開平２−１５１０３２に記載されている。層間絶縁膜３１上に最上の配線層３２を形成した後、配線間に空洞３４が生じるように厚さ１２００ｎｍの酸化シリコン膜３３を堆積し、その上に保護膜として厚さ８００ｎｍの窒化シリコン膜３５が形成されている。空洞３４は、400℃程度の比較的低温で堆積する酸化シリコンの段差被覆性が悪いことを積極的に利用することにより形成することができる。段差被覆性の悪さは、隣り合う配線で構成される溝の側壁部および底部における酸化シリコンの堆積速度よりも上面部での堆積速度が速いことを意味している。その結果、溝の内部が酸化シリコンで埋まるよりも早く上部が塞がれてしまい、空洞が発生する。空洞の比誘電率は、ほぼ１であり酸化シリコンの４に比べて小さく、配線容量を激減できる効果がある。
【０００７】
しかし、上記の空洞を有する構造では、酸化シリコンで空洞を形成し、その上に保護膜の窒化シリコンを積層しているので、配線上方に堆積される絶縁膜の膜厚が厚くなり、結果的に膜応力が大きくなる。配線の幅がさらに小さくなると、この膜応力の悪影響が顕在化してくる、あるいは半導体基板自身が反ってしまい、微細素子の特性が劣化する、などの新たな問題が発生する。
【０００８】
上記新たな問題に対処するために、発明者は図２（a）に断面で示した構造を検討した。ここに示された構造は、最上の配線の幅が４００ｎｍ、配線の高さが７００ｎｍ、配線間隔が４００ｎｍの極めて微細な最上の配線を有している。層間絶縁膜４１の上に前記最上の配線４２が形成され、最上の配線４２を覆うように、応力緩和層として厚さ１００ｎｍの酸化シリコン膜４３が形成され、配線間に空洞４５が生じるように保護膜となる厚さ５５０ｎｍの窒化シリコン４４が積層されている。この構造では、保護膜となる窒化シリコンの厚さを薄くしているので、応力緩和層として用いる酸化シリコンも薄くできる。したがって、絶縁膜全体の厚さを薄くできる。また、配線間には空洞を備えているので配線間の容量も低減できる利点がある。しかし、実際に耐湿性試験を行なった結果、以下に述べる問題が発生した。
【０００９】
上記保護膜を有する最上の配線について、保護膜上にPIQ（ポリイミド樹脂）を形成し、パッケージに組んだ後、２気圧、１２０℃、湿度１００％となる環境に９６時間放置する耐湿性試験を施したところ、著しい配線の腐食が観察された。一方、図２（b）に示したように、空洞をPIQ４７で充填し、空洞を消滅させた状態のサンプルを同時に、上記耐湿性試験にかけた結果では、配線の腐食は全く観察されなかった。
【００１０】
上記原因を明らかにするために、図２（a）のサンプルを電子顕微鏡により詳細に観察した。その結果、配線間隔の中央部上方位置で、隣接する配線から堆積成長してきた保護膜が合わさった部分には、接合界面４６が存在することがわかった。図に示したように断面を露出させた状態で、フツ酸に浸漬した後、乾燥させて電子顕微鏡で観察すると、接合界面４６の位置にスジ状の凹みが観察され、他の部分とは明らかに膜質が異なる、微視的な隙間が存在していた。また、図２（a）では、空洞４５が配線端部で外界に開放される構造となるが、パッケージに組む前に樹脂を形成しており、この樹脂が開放端部を塞いでいることから、端部での構造は、図２（b）に示した構造と同じであり、試験条件範囲内での開放端からの直接的水分の浸入はなかったと判断できる。したがって、上記配線の腐食は、接合界面を通して浸入した水分が空洞に蓄積されることにより発生したと考えられる。
【００１１】
空洞を埋めておけば配線の腐食は著しく低減できるが、配線容量の低減という本来の目的を達成できなくなる。保護膜の応力の影響を回避し、且つ配線間に空洞を形成して配線容量を低減する例が特開平５−９０２５５に記載されているが、上記の接合界面の存在による配線の腐食防止には言及されていない。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−３２６５０１号公報
【特許文献２】特開平２−１５１０３２号公報
【特許文献３】特開平５−９０２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来の微細化された半導体装置の保護膜では、配線容量を低減するために配線間に空洞を形成すると、その上方の保護膜には接合界面が形成され、その接合界面から水分が浸入し、浸入した水分が蓄積されることにより配線が腐食するという問題があった。
【００１４】
かかる上記従来技術の問題に鑑み、本発明の目的は、配線の幅よりも配線の高さが高く、配線間隔が配線の幅と同等で、機械的強度が低下している微細化された最上の配線層において、前記配線への膜応力の影響を低減するために保護膜の厚さを薄くして、且つ配線容量の増大を回避するように配線間に空洞を形成しても、配線の腐食が生じない構造の半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第一態様に係わる半導体装置は、複数の配線層を有し、絶縁膜上に形成される最上の配線層を覆って形成される保護膜を備えた半導体装置であって、前記最上の配線層は、配線の幅が配線の高さより小さい配線と、配線の幅と同等の配線間隔とを有する複数の配線が同一繰り返しピッチで配置される領域を少なくとも含み、前記最上の配線層を覆う保護膜は、配線の上面、側面および前記絶縁膜表面を覆うように形成される応力緩和膜と、前記応力緩和膜上に形成される第一の耐湿性保護膜と、前記第一の耐湿性保護膜上に形成される第二の耐湿性保護膜で構成され、前記第一の耐湿性保護膜は、前記配線間隔の中央に形成される空洞と、前記空洞の上方に位置する保護膜中に、空洞から連続する接合界面とを有し、前記第二の耐湿性保護膜は、膜中に接合界面を有しないことを特徴としている。
【００１６】
また、前記第一の態様における半導体装置は、配線の上面における前記第一の耐湿性保護膜の膜厚が、前記配線間隔の１/２に、配線間に空洞を形成するために必要な第一の耐湿性保護膜が接触する位置の仰角で決まる余弦で除した値から、前記応力緩和膜の膜厚を差し引いた値が最小限度となるように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
さらに、前記第一の態様における半導体装置は、前記配線の幅が４５０ｎｍ以下、前記配線の高さが６００〜８００ｎｍ、前記配線間隔が４５０ｎｍ以下、前記応力緩和膜の膜厚が８０〜１２０ｎｍ、前記第一の耐湿性保護膜の配線上面における膜厚が５０〜３５０ｎｍ、前記第二の耐湿性保護膜の配線上面における膜厚が、前記第一の耐湿性保護膜の膜厚と合せて、配線上面での耐湿性確保に必要な膜厚４００ｎｍ以上に設定される、微細化された最上の配線とその保護膜であることを特徴としている。
【００１８】
本発明の第二態様に係わる半導体装置の製造方法は、複数の配線層を有し、絶縁膜上に形成される最上の配線層を覆うように保護膜を形成する半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に複数の半導体素子を形成する工程、少なくとも一つの配線層を含む複数の下層配線層を形成する工程、前記下層配線層上に絶縁膜を形成し、その表面を平坦化する工程、前記下層配線層と最上の配線層とを接続する導体プラグを形成する工程、最上の配線層を形成する工程、酸化シリコンからなる応力緩和層を温度４００℃程度のＣＶＤ法で形成する工程、配線間隔の中央に空洞を形成するように第一の耐湿性保護膜を温度４００℃程度のＣＶＤ法で堆積する工程、前記空洞上方の前記第一の耐湿性保護膜中に形成されている接合界面がその上に堆積する第二の耐湿性保護膜中に成長しないように第一の耐湿性保護膜表面を処理する工程、第二の耐湿性保護膜を温度４００℃程度のＣＶＤ法で堆積する工程、を少なくとも含むことを特徴としている。
【００１９】
また、前記第二の態様における半導体装置の製造方法において、空洞上方の第一の耐湿性保護膜中に形成されている接合界面がその上に堆積する第二の耐湿性保護膜中に成長しないように第一の耐湿性保護膜表面を処理する工程は、大気に暴露するか、もしくは異種の絶縁膜を形成する工程から成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、第一の耐湿性保護膜自身で配線間に空洞を形成しているので、配線容量を低減でき、第一の耐湿性保護膜中に存在する接合界面を、接合界面のない第二の耐湿性保護膜で積層被覆しているので水分の浸入による配線の腐食を防止できる。また、実質的に耐湿性保護膜のみで保護膜を形成しているので、保護膜の膜厚を薄くでき、微細化された配線への膜応力の影響を軽減し、半導体装置の信頼性を向上できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図３（a）の断面図を用いて説明する。基板表面に半導体素子が形成され、それらの半導体素子を絶縁膜で被覆した半導体基板があって、説明がなされるべきであるが、図３（a）では半導体基板を省略して記載している。前記省略されている半導体基板上に、最上の配線層の下に位置する下層配線層５１が形成され、前記下層配線層５１上に層間絶縁膜５２が形成され、前記層間絶縁膜５２の所定の位置に配線層間を接続する導体プラグ５３が形成され、前記層間絶縁膜５２上に最上の配線層５４を形成している。
【００２２】
前記配線層５４は、最小の配線の幅が４００ｎｍ、配線の高さが７００ｎｍ、配線間隔が４００ｎｍとして構成されている。前期最上の配線層５４を含む全面に厚さ１００ｎｍの酸化シリコンからなる応力緩和膜５５が堆積され、さらに窒化シリコンからなる第一の耐湿性保護膜５６を積層している。この結果、配線間には空洞５７が形成される。空洞５７を形成するには、前記第一の耐湿性保護膜５６の配線上面における厚さを、配線間隔４００ｎｍの１/２である２００ｎｍに、配線間に空洞を形成するために必要な第一の耐湿性保護膜が接触する位置の仰角４５度で決まる余弦で除した値２８０ｎｍから、応力緩和膜の膜厚１００ｎｍを差し引いた値１８０ｎｍが最小限度となるように設定する。
【００２３】
上記仰角について、より詳しく説明するために、図３（a）中にＡで示した枠内の拡大を図３（b）に示している。上記仰角は、図中のΘで示されている。配線上面角部頂点から隣接対向する配線上に堆積した第一の耐湿性保護膜の稜線に接するように延長した線分Ｂと配線上面の延長線Ｃで構成される角度である。走査電子顕微鏡を用いて、実際に作成した試料の観察結果では、Θは約４５度であった。したがって、余弦は約０．７となる。求められる第一の耐湿性保護膜の膜厚Ｌ１は、上記２８０ｎｍから応力緩和膜の膜厚Ｌ２（１００ｎｍ）を引いて１８０ｎｍとなる。
【００２４】
本実施例では、配線間隔の加工変動、応力緩和膜や第一の耐湿性保護膜自身の膜厚変動を考慮し、第一の耐湿性保護膜５６の膜厚を３００ｎｍとしている。前記第一の耐湿性保護膜５６上に、厚さ２５０ｎｍの第二の耐湿性保護膜５９を堆積し、第一の耐湿性保護膜と第二の耐湿性保護膜の合せた膜厚が５５０ｎｍとなるようにして配線上面での耐湿性を確保している。
【００２５】
本実施例によれば、集積度の向上により配線も高密度化され、配線の幅が配線の高さより小さくなって、応力に対する機械的強度が低下した配線であっても、応力緩和層となる酸化シリコンを薄く形成し、実質的保護膜を耐湿性保護膜で形成することにより、配線上面での絶縁膜全体の厚さを薄くすることができるので、配線間容量の増大を回避すると同時に膜応力による配線への悪影響を回避できる効果がある。また、第一の耐湿性保護膜５６形成時に、空洞５７、および水分浸入阻止能が平坦部に比べて劣る接合界面５８が形成されるが、第一の耐湿性保護膜５６の厚さを空洞が形成される最小限度程度に設定し、その上に接合界面を有しない第二の耐湿性保護膜５９を形成しているので水分の浸入を防止できる効果がある。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の半導体装置の製造方法に関する実施形態について、図４（a）から（d）の一連の断面図を用いて説明する。図４（a）を参照すると、下層配線層上に導体プラグを介して最上の配線層が形成された状態が示されている。前述の半導体基板上に形成する下層配線層６１は、スパッタ法により形成される、Cu（銅）含有Al（アルミニウム）で構成している。Al層の上下には薄い窒化チタンが、同じくスパッタ法により形成されている。前記下層配線６１上にはプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコンからなる層間絶縁膜６２を形成している。層間絶縁膜６２の所定の領域にリソグラフイとドライエッチングによりコンタクトホールを形成し、スパッタ法による窒化チタンおよびＣＶＤ法によるW（タングステン）を形成した後、層間絶縁膜６２上のWおよび窒化チタンを除去して、コンタクトホール内にのみWおよび窒化チタンを充填し、導体プラグ６３を形成している。次に、導体プラグ６３との導通を確保するように最上の配線層６４を形成している。最上の配線層６４もスパッタ法による、Cu含有Alからなり、その上下に薄い窒化チタンを形成している。最上の配線層６４の全体の厚さは、７００ｎｍとしている。
【００２７】
図４（b）を参照すると、パターニングが施された最上の配線層６４上に応力緩和膜６５が形成された状態が示されている。図には示していないが、最上の配線層６４を形成した後、リソグラフイ技術により、所望の領域にホトレジストパターンを形成し、前記ホトレジストパターンをマスクとして、最上の配線層６４をドライエッチングにより加工している。ドライエッチング加工は、周知の高周波励起プラズマを用い、種々の条件を選択可能であるが、例えば圧力１０から１００mTorr程度の塩素を主成分とするガス雰囲気のプラズマエッチングで行なうことができる。
前記最上の配線層は、配線の幅が４００ｎｍ、配線の間隔が４００ｎｍとなるように形成している。配線の厚さは７００ｎｍとしているので、前述の背景技術で述べた従来の配線構造に比べ、縦方向に長い構造となり、機械的応力への耐性が弱くなっている。半導体素子の集積度向上に伴い、この傾向はさらに顕著となる。
【００２８】
応力緩和膜６５は、その上に形成される耐湿性保護膜の膜応力が、直接配線に影響を及ぼすことを防止するために比較的膜応力が小さい酸化シリコンで形成している。応力緩和膜６５の形成には、種々の条件を選択可能であるが、例えば、周知の高周波プラズマを用い、温度４００℃、圧力３Torr、高周波パワー５００W、TEOS（テトラエトキシシラン（Si（OC2H5）5））と酸素を反応ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いることができる。応力緩和膜６５の厚さは１００ｎｍとしている。
【００２９】
図４（c）を参照すると、第一の耐湿性保護膜６６が形成された状態が示されている。第一の耐湿性保護膜６６は、保護膜としての有効性が知られている窒化シリコンで構成している。第一の耐湿性保護膜６６の形成には、周知の高周波プラズマを用い、種々の条件を選択可能であるが、例えば、温度４００℃、圧力４．５Torr、高周波パワー３００W、モノシラン（SiH4）とアンモニア（NH3）を反応ガスとするプラズマＣＶＤ法を用いることができる。第一の耐湿性保護膜６６の厚さは３００ｎｍとしている。
【００３０】
第一の耐湿性保護膜６６を形成した段階では、配線間に空洞６７が形成されている。前述の応力緩和膜自身の段差被覆性が５０％であるために、配線上面に１００ｎｍ堆積した場合、配線側面の厚さは５０ｎｍとなり、応力緩和膜６５を堆積した段階では、配線間内における、応力緩和膜で構成される間隔は、配線間隔４００ｎｍから応力緩和膜５０ｎｍの２倍を差し引いて３００ｎｍとなる。
また、第一の耐湿性保護膜を配線上面に最終的に３００ｎｍ堆積する場合、１８０ｎｍ堆積した段階で配線間上部が閉じてしまうため、それ以上堆積しても配線側面へは堆積されない。第一の耐湿性保護膜の段差被覆性は４０％であるので、配線側面の厚さは７２ｎｍとなり、配線間内に占める第一の耐湿性保護膜の合計の厚さは７２ｎｍの２倍の１４４ｎｍとなる。したがって、第一の耐湿性保護膜６６を形成した段階では、３００ｎｍから１４４ｎｍを差し引いた１５６ｎｍの幅の空洞が形成される。
【００３１】
一方、配線間上方においては、隣接する配線の上面端部から堆積成長した第一の耐湿性保護膜が合わさるために接合界面６８が形成される。この接合界面は、前に述べたように溶液によるエッチング速度が他の部分に比べて速く、膜を構成するシリコンと窒素のネットワークが遮断された状態になっていると推察され、外界環境からの水分等の浸入阻止能を低下させていると考えられる。また、接合界面は膜の堆積時、最初に形成された接合界面の履歴を反映して成長するために、厚く形成しても解消されない。
【００３２】
図４（d）を参照すると、厚さ２５０ｎｍの窒化シリコンからなる第二の耐湿性保護膜６９が形成された状態が示されている。第二の耐湿性保護膜６９は、第一の耐湿性保護膜６６と同じ条件で堆積することができるが、前述のように、連続して１層で形成すると接合界面の履歴が残存し、保護膜として充分な耐性を維持できなくなる。
【００３３】
そこで、第一の耐湿性保護膜中に形成されている接合界面の履歴を遮断するように処理した後、、第二の耐湿性保護膜を堆積するようにしている。図５（b）に、その状態を模式的に示している。実際には、接合界面も厚みのない状態であるが、図５（b）には誇張した極端な状態として、界面の厚みがあるように示している。図５（a）は、前に説明した図２（a）の状態を誇張して示している。第一の耐湿性保護膜７１を単層で連続的に厚く堆積しても接合界面７２は消滅しないことを示している。
【００３４】
一方、図５（b）は、配線間に空洞が形成される程度の膜厚で第一の耐湿性保護膜の形成を停止し、第一の耐湿性保護膜の形成装置から半導体基板を一旦取り出して大気に暴露し、再び同じ装置に戻すか、あるいは別な装置で第二の耐湿性保護膜７４を形成した場合の状態を示している。第二の耐湿性保護膜中には接合界面が形成されていない。大気に暴露することにより、大気中の酸素が、表面に吸着し、窒化シリコンとは異種の酸化シリコン状の物質からなる界面７３が形成される。界面７３の厚さは０．５ｎｍ程度であるが、第一の耐湿性保護膜中の接合界面が第二の耐湿性保護膜中に成長するのを防止している。
【００３５】
また、大気暴露ではなく、厚さ１ｎｍ程度の酸化シリコンを積極的に形成して界面７３を形成することも可能である。この場合には、半導体基板を装置から取り出すことなく、成膜条件を変更して段階的に形成することが可能である。積極的に薄膜を形成する場合には、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いても良く、通常の熱ＣＶＤ法の他、ALD（Atomic Layer Deposition）法で制御性よく形成することが可能である。
【００３６】
上記のように第二の耐湿性保護膜まで形成した後、その上にPIQを形成し、パッケージに組んだ後、２気圧、１２０℃、湿度１００％の条件で耐湿性試験を実施した。前述のように、図２（a）に示した、第一の耐湿性保護膜単層で、接合界面が表面に露出している場合には、９６時間でも著しい配線腐食が観察されたが、本実施例の第二の耐湿性保護膜を積層して接合界面が表面に露出しないようにした構造では４００時間の試験でも配線腐食は観察されなかった。
【００３７】
以上、述べたように本実施例によれば、配線間に空洞が生じるように第一の耐湿性保護膜を形成した場合に発生する接合界面を遮断するように異種界面を形成し、その上に接合界面を有しない第二の耐湿性保護膜を設けることにより、外界環境からの水分の浸入による配線腐食を防止できる効果がある。
【００３８】
なお、本実施例では耐湿性保護膜として窒化シリコンを用いたが、酸窒化シリコンでも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の最上の配線と保護膜の例を示す（a）（b）（c）個々の断面図
【図２】集積度が向上した半導体装置における、従来の構造を示す断面図
【図３】本発明の最上の配線層と保護膜の構造を示す断面図
【図４】本発明の実施例を示す（a）から（d）の一連の工程断面図
【図５】従来と本発明の微細構造を模式的に拡大した断面図
【符号の説明】
【００４０】
１１、２１、３１、４１、５２、６２・・・層間絶縁膜
１２、２２、３２、４２、５４、６４・・・最上の配線層
１３、２４、３５、４４・・・窒化シリコン膜
２３、３３、４３・・・酸化シリコン膜
３４、４５、５７、６７・・・空洞
４６、５８、６８、７２・・・接合界面
４７・・・ＰＩＱ
５１、６１・・・下層配線層
５３、６３・・・導体プラグ
５５、６５・・・応力緩和膜
５６、６６、７１・・・第一の耐湿性保護膜
５９、６９、７４・・・第二の耐湿性保護膜
７３・・・界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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