半导体装置的制造方法及半导体装置
阅读说明：本技术 半导体装置的制造方法及半导体装置 (Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device ) 是由 西口浩平 于 2019-03-25 设计创作，主要内容包括：半导体装置(10)的制造方法依次具备如下工序：在半导体基板(12)之上形成第1绝缘膜(14)；在第1绝缘膜(14)之上形成至少最上层由Au制成的布线(16)；在布线(16)的上表面和第1绝缘膜(14)的上表面中的未被布线(16)覆盖的区域,注入即使被注入至绝缘膜(14)也不损害绝缘性的离子；以及形成覆盖布线(16)的第2绝缘膜(18)。由于在布线(16)的上表面注入即使被注入至第1绝缘膜(14)也不损害绝缘性的离子,因此能够兼得提高布线(16)与第2绝缘膜(18)的紧贴性和抑制制造工序数的增加。(A method for manufacturing a semiconductor device (10) sequentially comprises the steps of: forming a 1 st insulating film (14) over a semiconductor substrate (12); forming a wiring (16) made of Au at least as the uppermost layer over the 1 st insulating film (14); implanting ions that do not impair the insulating properties even if implanted into the insulating film (14) in a region not covered with the wiring (16) of the upper surface of the wiring (16) and the upper surface of the 1 st insulating film (14); and forming a 2 nd insulating film 18 covering the wiring 16. Since ions which do not impair the insulating property even when injected into the 1 st insulating film (14) are injected into the upper surface of the wiring (16), the adhesion between the wiring (16) and the 2 nd insulating film (18) can be improved and the increase in the number of manufacturing steps can be suppressed.)
技术领域
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
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。
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)。
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)。
专利文献1：日本特开平06-061225号公报
专利文献2：日本特开平07-273107号公报
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。
发明内容
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。
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。
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1×1017cm-3以上且1×1021cm-3以下的浓度存在绝缘性非破坏元素。
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
图1是实施方式1所涉及的半导体装置的剖视图。
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。
图3是实施方式2所涉及的半导体装置的剖视图。
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。
图5是实施方式3所涉及的半导体装置的剖视图。
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。
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。
图8是实施方式4所涉及的半导体装置的剖视图。
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。
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。
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
实施方式1
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。
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。
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。
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1×1017cm-3以上且1×1021cm-3以下。
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。
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。
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。
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1×1012ions/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。
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 LayerDeposition)法等来形成绝缘膜18。
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。
实施方式2
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。
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。
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。
实施方式3
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。
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。
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1×1012ions/cm2以上。
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。
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。
实施方式4
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1×1017cm-3以上且1×1021cm-3以下。
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。
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。
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。
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。
接下来如图10的(b)那样，去除保护层82。
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。
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。
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。
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。
附图标记说明
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。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：制造用于神经假体装置的电极阵列的方法