半导体装置的制造方法及半导体装置与流程

1.本发明涉及用绝缘膜覆盖由au制成的布线的半导体装置的制造方法及半导体装置。


背景技术：

2.在采用了gaas、gan等化合物半导体的高频器件中，晶体管的布线材料采用可靠性优异的au。另外，以保护器件为目的而用绝缘膜(例如sio、sin)覆盖布线。然而au由于化学性稳定，因此当在au之上形成绝缘膜的情况下，存在au与绝缘膜的紧贴力弱而布线上的绝缘膜容易剥离的问题。
3.对于该问题，有利用离子注入法在au之上注入ti并进行退火从而在布线表层形成au
‑
ti合金层来提高绝缘膜的紧贴性的方法(例如，参照专利文献1)。
4.另外作为其他对策，还示出了利用离子注入法在au之上注入si并进行退火从而在布线表面设置含有si的区域，来相同地提高与含有si的绝缘膜之间的紧贴性的方法(例如，参照专利文献2)。
5.专利文献1：日本特开平06
‑
061225号公报
6.专利文献2：日本特开平07
‑
273107号公报
7.但是，当在由au制成的布线注入ti离子或si离子的情况下，若在位于布线之下的绝缘膜注入离子，则损害布线下的绝缘膜的绝缘性。因此，需要在布线下的绝缘膜之上形成保护层，以使得在离子注入时不在布线下的绝缘膜注入离子，存在制造工序数增加这样的问题。


技术实现要素：

8.本发明是为了消除上述的问题而完成的，其目的在于得到兼顾提高由au制成的布线与布线上的绝缘膜的紧贴性、和抑制制造工序数的增加的半导体装置的制造方法及半导体装置。
9.本发明所涉及的半导体装置的制造方法依次具备如下工序：在半导体基板之上形成第1绝缘膜；在第1绝缘膜之上形成至少最上层由au制成的布线；在布线的上表面和第1绝缘膜的上表面中的未被布线覆盖的区域，注入即使被注入至绝缘膜也不损害绝缘性的离子；以及形成覆盖布线的第2绝缘膜。
10.另外，本发明所涉及的半导体装置具备：半导体基板；半导体基板之上的第2绝缘膜；第1绝缘膜之上的布线，该布线的至少最上层由au制成；以及第2绝缘膜，覆盖布线，在布线的上表面附近和第1绝缘膜的上表面中的未被布线覆盖的区域附近，以1
×
10
17
cm
‑3以上且1
×
10
21
cm
‑3以下的浓度存在绝缘性非破坏元素。
11.根据本发明的半导体装置的制造方法及半导体装置，在由au制成的布线的上表面，注入即使被注入至布线下的绝缘膜也不损害绝缘性的离子，因此能够兼顾提高由au制成的布线与布线上的绝缘膜的紧贴性、和抑制制造工序数的增加。
附图说明
12.图1是实施方式1所涉及的半导体装置的剖视图。
13.图2是表示实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法的图。
14.图3是实施方式2所涉及的半导体装置的剖视图。
15.图4是表示实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法的图。
16.图5是实施方式3所涉及的半导体装置的剖视图。
17.图6是表示实施方式3所涉及的半导体装置的制造方法的图。
18.图7是表示实施方式3所涉及的半导体装置的布线上表面中的离子的分布的峰值位置的图。
19.图8是实施方式4所涉及的半导体装置的剖视图。
20.图9是表示实施方式4所涉及的半导体装置的制造方法的图。
21.图10是表示实施方式4所涉及的半导体装置的制造方法的图。
22.图11是在半导体基板与布线之间没有绝缘膜的半导体装置的剖视图。
具体实施方式
23.实施方式1
24.图1是实施方式1所涉及的半导体装置10的图。半导体装置10具备半导体基板12。半导体基板12由gaas、gan、sic或si等构成。
25.在半导体基板12之上形成有绝缘膜14。绝缘膜14由聚酰亚胺、bcb(苯并环丁烯)或cvd(chemical vapor deposition)膜等构成。这里cvd膜是指用cvd法形成的sio、sin等的绝缘膜。
26.在绝缘膜14之上形成有布线16。布线16是在ti、ta、cr、ti/pt或tiw等的基底之上由au形成的。这里ti/pt是指在ti之上形成了pt的构造，tiw是ti与w的合金。布线16由于是在基底之上由au形成，因此布线16的至少最上层由au制成。另外，布线16的侧面中的比基底靠上的部分由au制成，因此布线16的侧面的至少上部由au制成。此外，基底由于比au薄，因此在图中省略。
27.在布线16的上表面形成有注入了离子的离子注入层16a。离子种类是即使被注入至绝缘膜14也不损害绝缘性的元素，这里称为绝缘性非破坏元素。具体而言，绝缘性非破坏元素是ar或n等。另外，在绝缘膜14的上表面中的未被布线16覆盖的区域也形成有离子注入层14a。离子注入层16a和离子注入层14a的绝缘性非破坏元素的浓度为1
×
10
17
cm
‑3以上且1
×
10
21
cm
‑3以下。
28.以覆盖布线16的方式形成有绝缘膜18。绝缘膜18是sio、sin、sion、alo或tao等。
29.以下对实施方式1所涉及的半导体装置10的制造方法进行说明。首先如图2的(a)那样在半导体基板12之上形成绝缘膜14。
30.接下来在绝缘膜14之上形成基底，并如图2的(b)那样在基底之上用蒸镀、溅射或者镀敷等方法形成由au制成的布线16。
31.接下来如图2的(c)那样，利用离子注入法从相对于半导体基板12垂直的方向注入离子。注入条件例如是加速能量为5～50kev，剂量为1
×
10
12
ions/cm2以上。通过离子注入而在布线16的上表面和绝缘膜14的上表面分别形成离子注入层16a和离子注入层14a。在布线
16的上表面形成的离子注入层16a因注入离子而变为化学性不稳定的状态。
32.接下来如图2的(d)那样，以覆盖布线16的方式，用cvd法或ald(atomic layer deposition)法等来形成绝缘膜18。
33.如上所述，根据实施方式1，由于布线16的上表面的离子注入层16a化学性不稳定，因此布线16与绝缘膜18的紧贴力提高，并且由于离子种类是即使被注入至绝缘膜14也不损害绝缘性的，因此不需要在离子注入前在绝缘膜14之上形成保护用的保护层。
34.实施方式2
35.图3是实施方式2所涉及的半导体装置30的图。半导体装置30与实施方式1所涉及的半导体装置10相同，但在布线36的侧面也形成有离子注入层36a这一点不同。
36.图4是表示实施方式2所涉及的半导体装置30的制造方法的图。在该制造方法中依次实施图4的(a)至(d)。实施方式2所涉及的半导体装置30的制造方法与实施方式1相同，但离子注入采用倾斜离子注入法这一点不同(图4的(c))。倾斜离子注入是与相对于半导体基板12垂直的方向倾斜地注入离子。由此在布线36的侧面也形成离子注入层36a。作为倾斜离子注入法，可以采用边以铅垂方向为轴旋转晶片边注入的方法、和边改变晶片的旋转角边进行分割注入的方法中的任一个。
37.如上所述，根据实施方式2，在布线36的侧面也形成离子注入层36a，因此进一步提高布线36与绝缘膜18的紧贴性。
38.实施方式3
39.图5是实施方式3所涉及的半导体装置50的图。半导体装置50与实施方式1所涉及的半导体装置10相同，但注入至布线56和绝缘膜54的离子的铅垂方向上的分布不同。
40.图6是表示实施方式3所涉及的半导体装置50的制造方法的图。在该制造方法中依次实施图6的(a)至(d)。在实施方式1中在绝缘膜58形成前实施离子注入，但在实施方式3中在形成了绝缘膜58后实施离子注入(图6的(c)和(d))。离子注入不仅在布线56和绝缘膜54实施，在绝缘膜58也实施。
41.将离子注入条件设定为使注入至布线56的离子的铅垂方向上的分布的峰值位于布线56的上表面与绝缘膜58的界面附近。图7是放大了图5中的布线56的右上附近的图，示出了离子的分布的峰值位置。注入条件因绝缘膜58的厚度等而改变，作为一个例子，在绝缘膜为厚度100nm的sin、且离子种类为ar的情况下，加速能量为150kev，剂量为1
×
10
12
ions/cm2以上。
42.如上所述，根据实施方式3，注入至布线56的离子的铅垂方向上的分布的峰值位于布线56的上表面与绝缘膜58的界面附近，因此进一步提高布线56与绝缘膜58的紧贴性。另一方面，若如实施方式1那样从布线16之上直接进行离子注入则铅垂方向的分布的峰值存在于比布线16的上表面靠内部的位置。因此与实施方式1相比，实施方式3所涉及的半导体装置50的布线56与绝缘膜58的紧贴性变高。
43.此外离子注入也可以采用与实施方式2相同的倾斜离子注入法。该情况下，进一步提高布线56与绝缘膜58的紧贴性。
44.实施方式4
45.图8是实施方式4所涉及的半导体装置70的图。半导体装置70与实施方式2所涉及的半导体装置30相同，但在绝缘膜74的上表面没有离子注入层这一点、和离子注入的离子
种类的限定不同。对于离子种类，除了即使被注入至绝缘膜14也不损害绝缘性的ar、n等之外，也可以采用b、si、pd、ti、ta、al或co等若被离子注入则绝缘膜的电导率变高的离子。这些离子种类如后述那样注入至由au制成的布线，相对于au作为杂质发挥作用，因此这里将成为这些离子源的元素称为杂质元素。离子注入层76a中的杂质元素的浓度为1
×
10
17
cm
‑3以上且1
×
10
21
cm
‑3以下。
46.以下对实施方式4所涉及的半导体装置70的制造方法进行说明。如图9的(a)那样，到形成布线76为止的工序与实施方式2相同。
47.图9的(a)之后，如图9的(b)那样在绝缘膜74的上表面中的未被布线76覆盖的区域形成保护层82。
48.接下来如图9的(c)那样施加90℃以上的热处理来使保护层82热变形，使布线76的侧面中的与保护层82接触的区域的至少一部分露出。
49.接下来如图10的(a)那样，利用倾斜离子注入法在布线76的上表面、布线76的侧面的至少一部分、以及保护层82的上表面注入离子。通过离子注入而在布线76的上表面和布线76的侧面的至少上部形成离子注入层76a，并在保护层82的上表面形成离子注入层82a。在布线16的上表面形成的离子注入层76a因注入作为杂质的离子而变为化学性不稳定的状态。另外在离子种类是b、si、pd、ti、ta、al或co等的情况下，若在离子注入后进行退火则离子注入层76a变为与au的合金。
50.接下来如图10的(b)那样，去除保护层82。
51.接下来如图10的(c)那样，以覆盖布线76的方式形成绝缘膜78。
52.如上所述，根据实施方式4，在离子注入时，由于在绝缘膜74之上有保护层82，不在绝缘膜74之上直接注入离子，因此绝缘膜74不受损伤。另外，即使离子种类是在打入至绝缘膜74的情况下损害其绝缘性的离子，也不损害绝缘膜74的绝缘性。
53.另外，在离子种类是b、si、pd、ti、ta、al或co等的情况下，若在离子注入后进行退火则离子注入层76a成为与au的合金，因此进一步提高布线76与绝缘膜78的紧贴性。
54.此外，虽然在全部实施方式中设为在半导体基板与布线之间有绝缘膜，但也可以没有。该情况下，例如图11那样，布线116形成在半导体基板112之上。
55.附图标记说明
56.10、30、50、70、110...半导体装置；12、112...半导体基板；14、54、74...绝缘膜；14a、14a、54a、82a、112a...离子注入层；16、36、56、76、116...布线；16a、36a、56a、76a、116a...离子注入层；18、18、58、78、118...绝缘膜；82...保护层。