JP2004335980A

JP2004335980A - シリコン窒化膜を形成する方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2004335980A
Application number: JP2003133538A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tosaka; 保弘登坂; Yoshihiro Saito; 吉広斎藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】低応力のシリコン窒化膜を形成する方法及び低応力のシリコン窒化膜を含む半導体装置を製造する方法を提供すること。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１の反応炉１０内に、ガス導入管３５からシラン系ガス、窒素ガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含むプロセスガスを導入する。ヒータ１８により下部電極１４を昇温して基板１６が加熱される。上部電極１２と下部電極１４との間に、高周波電力を高周波電源６０により印加してプラズマ２０を発生させる。このプラズマ２０中でプロセスガスを分解反応させて、基板１６上にシリコン窒化膜７０を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン窒化膜を形成する方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、反応ガス（ＳｉＨ_４、ＮＨ_３及びＮ_２）を用いてプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜の製造方法が記載されている。この成膜においては、窒化シリコン膜中の水素結合量が±１８％以内となるように、原料ガスの組成比Ｓｉ／Ｎを０．７５より大きい範囲で制御している。これにより、耐湿性に優れた低応力の窒化シリコン膜を製造する。
【０００３】
特許文献２にも、反応ガス（ＳｉＨ_４、ＮＨ_３及びＮ_２）を用いてプラズマＣＶＤによる窒化シリコン膜の製造方法が記載されている。この成膜においては、反応ガスの組成比Ｓｉ／Ｎを所定の範囲内となるように制御し、窒化シリコン膜の水素結合量とＳｉ−Ｈ結合の水素結合量とを調整している。これにより、耐湿性が高く低応力かつ紫外線透過性の窒化シリコン膜を製造する。
【０００４】
上記特許文献１及び２においては、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｎ−Ｎ等の結合は圧縮応力を発生させ、Ｓｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ等の水素結合は引張応力を発生させるとの知見に基づいて、両者の応力を均衡させるために水素結合量を調整している。
【特許文献１】
特開平６−２１６１２１号公報
【特許文献２】
特開平６−２６７９４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン窒化膜（窒化シリコン膜）は、半導体デバイスのパッシベ−ション膜として用いられている。また、シリコン窒化膜は、２００℃以上の高温でウェハ等の基板上に形成される。ウェハ上に高温でシリコン窒化膜を形成した後にウェハを室温に戻した場合には、ウェハとシリコン窒化膜の熱膨張率の相違によりウェハに反りが生じることがある。ウェハ径が大きくなると、この反りの影響は顕著となる。また、ウェハとシリコン窒化膜との間に応力が発生することにより、ウェハが反る。このため、シリコン窒化膜の応力が小さいことが要求されている。
【０００６】
プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の製造において、膜の応力は、原料ガス（ＳｉＨ_４、ＮＨ_３及びＮ_２）の供給量、成膜時のガス圧力、成膜温度、印加高周波電力等の条件に依存している。また、プラズマＣＶＤ反応装置の構造あるいは個体差によっても膜の応力特性は影響を受ける。
【０００７】
上記特許文献１及び２に記載される方法では、シリコン窒化膜に含有される水素結合量を調整するために、上記原料ガスの供給量、ガス圧力、成膜温度等のパラメータ値を調整しなければならない。しかしながら、所望の特性のシリコン窒化膜を得るために、パラメータ値の調整は多大な負荷を要するものである。また、例えば、プラズマＣＶＤ反応装置の反応条件を変更した場合には、全てのパラメータについて見直しが必要となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、低応力のシリコン窒化膜を形成する方法及び低応力のシリコン窒化膜を含む半導体装置を製造する方法を提供することとした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、シリコン窒化膜を形成する方法に係わる。この方法では、シラン系ガス、窒素ガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含むプロセスガスに高周波を印加してプラズマを発生させ、シリコン窒化膜を堆積する工程を備える。
【００１０】
プロセスガスがシラン系ガス、窒素ガス及びアンモニアガスに加え、ヘリウムガスを更に含有するため、ヘリウムガス及び窒素ガスの供給量の体積比を変更してシリコン窒化膜の応力を変更できる。
【００１１】
また、窒素ガス及びヘリウムガスの供給量の体積比（ヘリウムガス／窒素ガス）を４〜１２とすることにより、所望の応力を有するシリコン窒化膜が容易に得られる。さらに、高周波の周波数が１３．５６ＭＨｚであると有用である。
【００１２】
本発明の別の側面は、半導体装置の製造方法に係わる。この方法は、半導体素子に電気的につながる配線を半絶縁性半導体基板上に作製する工程と、シラン系ガス、窒素ガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含むプロセスガスのプラズマを発生させて、基板、半導体素子及び配線上にシリコン窒化膜を形成する工程と、を備える。
【００１３】
基板、半導体素子及び配線上にシリコン窒化膜を形成する工程においては、プロセスガスがシラン系ガス、窒素ガス及びアンモニアガスに加え、ヘリウムガスを更に含むため、ヘリウムガス及び窒素ガスの体積比を変更して所望の応力を有するシリコン窒化膜を備える半導体装置が製造できる。したがって、シリコン窒化膜の応力による半導体装置の反りが解消される。
【００１４】
また、窒素ガス及びヘリウムガスの供給量の体積比（ヘリウムガス／窒素ガス）は、４〜１２であると好適である。さらに、配線が、チタン層又はチタン化合物層を含む金属膜であると有用である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１６】
（第１実施形態）
（シリコン窒化膜の形成方法）
図１は、本発明のシリコン窒化膜を形成する方法の実施に使用されるプラズマＣＶＤ装置の概略図である。プラズマＣＶＤ装置１は反応炉１０を有し、反応炉１０内には、上部電極１２と下部電極１４とが設置されている。下部電極１４上には、基板１６（例えば、ＧａＡｓウェハ、シリコンウェハ）が載置されている。また、下部電極１４には、基板１６を加熱するために下部電極１４を昇温可能なようにヒータ１８が設置されている。上部電極１２と下部電極１４との間には、高周波電源６０が接続されている。高周波電源６０により高周波電圧を印加すると、電極間１２、１４にプラズマ２０が発生される。
【００１７】
また、反応炉１０には、ガス導入管３５と排気管３７とが設置されている。ガス導入管３５は、ガス供給管３１、３２、３３、３４とバルブ４５を介して反応炉１０に接続している。ガス導入管３５を介して、シラン系ガス（ＳｉＨ_４）、窒素ガス（Ｎ_２）、アンモニアガス（ＮＨ_３）及びヘリウムガス（Ｈｅ）のプロセスガスが反応炉１０に供給される。ガス供給管３１は、バルブ４１を介してＳｉＨ_４をミキサー３６に供給する。ガス供給管３２は、バルブ４２を介してＮＨ_３をミキサー３６に供給する。ガス供給管３３は、バルブ４３を介してＮ_２をミキサー３６に供給する。ガス供給管３４は、バルブ４４を介してＨｅをミキサー３６に供給する。真空ポンプ５０は、排気管３７を介して反応炉１０のガスに接続されている。
【００１８】
次に、上記プラズマＣＶＤ装置１を用いてシリコン窒化膜を形成する方法を説明する。
【００１９】
まず、反応炉１０内の下部電極１４上に基板１６を置く。次いで、ガス導入管３５から反応炉１０内にプロセスガスを導入する。各プロセスガスは、ミキサー３６で混合された後に反応炉１０に導入される。各プロセスガスの供給量は、それぞれバルブ４１、４２、４３及び４４により調整される。プロセスガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｎ_２、ＮＨ_３及びＨｅを使用する。プロセスガスの供給量の体積比は、例えば、次のとおりである。
ＳｉＨ_４：ＮＨ_３＝５：７、
Ｈｅ：Ｎ_２＝５：１、
（ＳｉＨ_４＋ＮＨ_３）：（Ｈｅ＋Ｎ_２）＝１：１００。
【００２０】
本実施形態においては、シリコン窒化膜７０の応力のＨｅ及びＮ_２の供給量の体積比に対する依存性を調べるため、Ｈｅ及びＮ_２の供給量の体積比を変化させている。反応炉１０内の圧力は、真空ポンプ５０の排気速度及び排気管３７に設けられている圧力調整バルブ、コンダクタンスバルブといったバルブ４６の開閉度を調節することにより調整される。
【００２１】
次いで、ヒータ１８により下部電極１４を昇温して基板１６が加熱される。成長温度２７５℃で上部電極１２と下部電極１４との間に、高周波電力を高周波電源６０により印加してプラズマ２０を発生させる。高周波の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。パワー密度は、例えば５０ｍＷ／ｃｍ^２である。このプラズマ２０中でプロセスガスを分解反応させて、シリコン基板上にシリコン窒化膜７０を形成する。本実施形態では、シリコン窒化膜７０の膜厚は３００ｎｍである。成膜後に、シリコン窒化膜７０が形成された基板１６を反応炉１０から取り出す。
【００２２】
図２（Ａ）は、基板上に形成したシリコン窒化膜の応力の変化を示すグラフである。縦軸は膜応力を示し、横軸はＨｅ及びＮ_２の供給量の標準状態での体積比を示す。なお、縦軸の膜応力の単位ｄｙｎｅｓ／ｃｍ^２をＳＩ単位に換算すると、縦軸の範囲は−６×１０^＋８〜２×１０^＋８Ｎ／ｍ^２となる。
【００２３】
シリコン窒化膜の応力は、以下のように測定している。図２（Ｂ）及び（Ｃ）は、基板１６の反り量とその反りの変化量を示す模式図である。まず、シリコン窒化膜７０を形成する前の基板１６の初期の反り量（δ_１）を予め測定する。次いで、２７５℃でシリコン窒化膜７０を形成した基板１６を室温に戻した後、再度基板１６の反り量（δ_２）を測定する。基板１６の反りの変化量δ（＝δ_２−δ_１）を下記数式に代入して、シリコン窒化膜７０の応力を算出する。
【００２４】
【数１】

ここで、Ｅ_ｓは基板１６の材料のヤング率を示し、ν_ｓは基板１６の材料のポアソン比を示す。Ｄは基板１６の厚さを示し、ｌは基板１６の直径を示し、δは基板１６の反りの変位量（δ_２−δ_１）を示す。したがって、シリコン窒化膜７０の応力は、これらの値に依存する。本実験においては、基板１６としてシリコンウェハを用いる。シリコンウェハの直径は４インチであり、厚さは３００μｍである。
【００２５】
図２（Ａ）の結果から、Ｈｅを含有しないプロセスガスを用いて、シリコン基板上にシリコン窒化膜７０を形成した場合の膜応力は、−５．０×１０^＋９ｄｙｎｅｓ／ｃｍ^２（−５．０×１０^＋８Ｎ／ｍ^２）である。ここで、膜応力の負の値は、引張応力を示す。この場合におけるシリコン基板は、図２（Ｂ）に示すように反っている。シリコン窒化膜７０は、シリコン基板から常に引張応力を受けている。一方、膜応力の正の値は、圧縮応力を示す。この場合におけるシリコン基板は、図２（Ｃ）に示すように反っている。シリコン窒化膜７０は、反発力により圧縮応力を受けている。
【００２６】
本発明者は、以下の知見を得ている。デバイスの保護膜としては、上述のような大きな膜応力を有するシリコン窒化膜を用いることは好ましくない。膜自体に内在する応力のために膜が自然に剥れることが生じ得るからである。上記実験によれば、保護膜として用いることができる膜応力の範囲は、±２．０×１０^＋９ｄｙｎｅｓ／ｃｍ^２（±２．０×１０^＋８Ｎ／ｍ^２）程度であると考えられる。この値は、基板径、基板上に堆積する膜の全厚、膜と接触する素子の性質等に依存する。また、シリコン窒化膜の応力は、ＳｉＨ_４又はＮＨ_３の供給量にも依存する。
【００２７】
図２の結果から理解されるように、プロセスガスとしてＨｅを含有すると、シリコン窒化膜７０の応力は小さくなる傾向がある。Ｎ_２とＨｅの供給量の体積比（Ｈｅ／Ｎ_２）が１０を超えると、膜の応力の符号が反転する。このことは、Ｈｅの供給量を調整することにより膜応力が生じない条件が存在することを意味する。膜応力がゼロであれば、基板径、膜の全厚等の諸条件を全く考慮する必要がなくなる。上記の実験結果から、プロセスガスのＮ_２及びＨｅの供給量の体積比（Ｈｅ／Ｎ_２）は、標準状態において４〜１２であることが好ましい。
【００２８】
さらに、Ｈｅ及びＮ_２の供給量の体積比をＨｅ：Ｎ_２＝５：１と一定にし、ＳｉＨ_４及びＮＨ_３の供給量の体積比を変えた場合におけるシリコン窒化膜７０の応力について検討を行った。その測定結果を図２においてシンボル「▲」で示す。図２の結果から理解されるように、ＳｉＨ_４及びＮＨ_３の供給量の体積比を変化させても、シリコン窒化膜７０の応力の値は、保護膜として好適な膜応力の範囲内にある。また、シリコン窒化膜７０の応力の符号は変化しない。
【００２９】
ところで、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体の基板を用いた集積回路においては、Ａｕを配線の材料として用いることが一般的である。配線の材料としてＡｕ配線を直接に下地の絶縁膜（例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ）上に作製した場合には、Ａｕ配線と下地の絶縁膜との密着性が問題となる。そこで、配線と絶縁膜との密着性を確保するため、配線の下地層としてＴｉ膜やＴｉ化合物膜を介在させる。すなわち、配線は、Ｔｉ／Ａｕ、ＴｉＷ／Ａｕ又はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕのように複数の金属層を備える多層構造を有する。絶縁膜上に下地層としてＴｉ膜又はＴｉ化合物膜を形成し、その上にＡｕ膜又はＰｔ／Ａｕ膜を形成する。Ｐｔ膜は、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜とＡｕ膜との相互拡散を防止する作用がある。
【００３０】
この配線金属においては、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜の耐湿性が問題となる。Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜に含まれるＴｉは高温で酸化されやすい。Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜に含まれるＴｉは、長期間放置した場合に外界の水分と反応する。Ｔｉが酸化等されると、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜と絶縁膜との密着性が低下する。また、Ｔｉが酸化等されると、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜の抵抗値も増加する。多くの半導体集積回路の配線においては、Ｔｉ膜及びＴｉ化合物膜よりも安定なＰｔ膜又はＡｕ膜がＴｉ膜又はＴｉ化合物膜上に形成されている。これらの安定な金属が導電に寄与するので、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜の抵抗値の増加は配線抵抗の増大とならない。しかしながら、多層配線を有する集積回路の第１の配線層と第２の配線層との接続部においては、電流がＴｉ膜又はＴｉ化合物膜を横切って流れるため、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜の抵抗値の増大が接続部の抵抗値の増大となって現れる。したがって、Ｔｉ膜又はＴｉ化合物膜を用いる金属配線においては、外界から水分の浸入を抑制することが重要である。このため、半導体素子の保護膜には、水分の浸入防止機能が求められる。
【００３１】
本実施形態に係わるシリコン窒化膜を保護膜に応用しようとする場合には、その耐湿性が重要な評価指標となる。そこで、コンタクトホールチェーンを備える試験素子を用いて、シリコン窒化膜の耐湿性を評価した。
【００３２】
図３（Ａ）は、第１の実施形態に係わる試験素子の平面図であり、図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係わる試験素子のＩ−Ｉ線に沿ってとられた断面図である。
【００３３】
図３を参照すると、試験素子１００のＧａＡｓ基板１０２上には、厚さ３００ｎｍの第１の層間絶縁膜１０４が形成されている。第１の層間絶縁膜１０４上には、複数の第１の配線層１０６が形成されている。第１の配線層１０６の材料は、ＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕである。第１の配線層１０６を構成する各金属層の厚さは、それぞれ５０ｎｍ／３０ｎｍ／５００ｎｍである。第１の配線層１０６の幅は、２μｍである。第１の配線層１０６上には、厚さ５００ｎｍの第２の層間絶縁膜１０８が形成されている。第１の配線層１０６上の第２の層間絶縁膜１０８には、一辺１μｍのコンタクト１１０が設けられている。第２の配線層１１２は、コンタクト１１０及び第２の層間絶縁膜１０８上に形成されている。第２の配線層１１２は、第１の配線層１０６と電気的に接続されている。第２の配線層１１２の材料は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕである。第２の配線層１１２を構成する各金属層の厚さは、それぞれ５０ｎｍ／３０ｎｍ／５００ｎｍである。第２の配線層１１２上には、厚さ３００ｎｍのシリコン窒化膜１１４が形成されている。シリコン窒化膜１１４は、プラズマＣＶＤ法により上述の形成方法と同様の条件で形成している。また、第１及び第２の層間絶縁膜１０４、１０８は、プロセスガスにＨｅを含有しない成膜条件で形成している。
【００３４】
本実施形態に係わる試験素子１００は、このような構成の配線層を備える５００個のコンタクト１１０が直列に接続されている。試験素子１００に形成したシリコン窒化膜１１４の耐湿性を試験するために、試験素子１００を以下の環境条件に置いている。
温度：１３０℃、
湿度：８５％。
そして、上記環境下に試験素子１００を長時間放置した後、所定の時間経過する毎に試験素子１００の抵抗値を測定している。
【００３５】
本発明者の知見によれば、湿度の影響を最も受けるのは、第２の配線層１１２を構成する金属層の中で最も下層に形成されているＴｉ膜である。このＴｉ膜がシリコン窒化膜を通過した水分と反応すると、第２の層間絶縁膜１０８との密着性が劣化することがある。また、第１の配線層１０６のＡｕ層とＴｉ膜との密着性が劣化して、Ｔｉ膜は剥離することがある。また、Ｔｉ膜が剥離しない場合であっても、Ｔｉ膜自体の抵抗値が増大してしまう。
【００３６】
図４は、試験素子の抵抗値の変化を示すグラフである。横軸はＨｅとＮ_２との供給量の標準状態における体積比（Ｈｅ／Ｎ_２）を示し、縦軸は試験素子１００の寿命を示す。寿命とは、試験素子１００の抵抗値が初期値から２０％以上増大するまでの試験開始からの経過時間を示す。プロセスガスにＨｅを含有しないでシリコン窒化膜を形成する場合、試験素子１００の寿命は１００時間に満たない。一方、プロセスガスがＨｅを含有する場合、試験素子１００の寿命は５００時間を越える。すなわち、試験時間が５００時間を経過した後でも、試験素子１００の抵抗値は初期値から２０％以上増大することがない。
【００３７】
（第２実施形態）
図５（Ａ）〜（Ｂ）及び図６（Ａ）〜（Ｂ）は、本発明の方法により形成したシリコン窒化膜を備える半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、本実施形態に従う半導体装置は、集積回路である。
【００３８】
図５（Ａ）を参照すると、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上には、電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）２２０といった半導体素子が形成されている。ＭＥＳＦＥＴ２２０は、ゲート２２２、ソース電極２２４、ドレイン電極２２６及び動作層２２８を備える。動作層２２８は、イオン注入法により形成される。半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１及びＭＥＳＦＥＴ２２０上には、第１の層間絶縁膜２１１が形成される。第１の層間絶縁膜２１１の材料は、例えばＳｉＯＮである。第１の層間絶縁膜２１１は、プラズマＣＶＤ法により形成される。第１の層間絶縁膜２１１の厚さは、３００ｎｍである。第１の層間絶縁膜２１１には、ヴィアホール２０５が形成される。ヴィアホール２０５は、レジストマスクを用いて第１の層間絶縁膜２１１をエッチングすることにより形成される。第１の層間絶縁膜２１１の材料がＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等のシリコン系化合物の場合には、ヴィアホール２０５の形成はフッ素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより行うことが可能である。
【００３９】
第１の層間絶縁膜２１１にヴィアホール２０５を形成した後に、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に第１の配線層２３１を形成する。第１の配線層２３１の材料は、例えばＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕである。まず厚さ５０ｎｍのＴｉＷを半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に形成する。次いで、厚さ３０ｎｍのＰｔをＴｉＷ膜上に形成する。さらに、厚さ５００ｎｍのＡｕをＰｔ膜上に形成する。そして、ミリング法により、レジストマスクを用いてこれらの多層膜のパターニングを行って第１の配線層２３１を形成する。
【００４０】
図５（Ｂ）に示すように、第１の配線層２３１を形成した後に半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に第２の層間絶縁膜２１２を形成する。第２の層間絶縁膜２１２の材料は、例えばＳｉＯＮである。第２の層間絶縁膜２１２は、プラズマＣＶＤ法により形成される。第２の層間絶縁膜２１２の厚さは、５００ｎｍである。なお、第２の層間絶縁膜２１２を形成するプラズマＣＶＤ法においては、プロセスガスにＨｅを含有しない。第２の層間絶縁膜２１２を形成した後、第１の配線層２３１上にヴィアホール２０５を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により形成する。ヴィアホール２０５は、第１の配線層２３１と、後に形成する第２の配線層２３２との電気的な接続を実現する。ヴィアホール２０５の形成は、以下のようにして行う。まず第２の層間絶縁膜２１２上にレジストマスクを形成する。レジストマスクは所定の箇所に開口パターンを有する。次いで、このレジストマスクを用いて第２の層間絶縁膜２１２をエッチングする。エッチングは、フッ素ガスを用いてＲＩＥ法により行う。そして、ヴィアホール２０５を形成した後、レジストを除去する。
【００４１】
図６（Ａ）に示されるように、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に第２の配線層２３２を形成する。第２の配線層２３２の材料は、ＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕである。まず、厚さ５０ｎｍのＴｉＷを半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上に形成する。次いで、厚さ３０ｎｍのＰｔをＴｉＷ層上に形成した後、厚さ５００ｎｍのＡｕをＰｔ層上に形成する。第２の配線層２３２のパターニングを行うために、レジストマスクを形成する。レジストマスクを用いて金属層をミリング法により除去し、第２の配線金属パターンを形成する。このようにして、第２の配線層２３２が、ヴィア２０７において第１の配線層２３１と電気的に接続される。この電気的接続では、第２の配線層２３２のＴｉＷ膜と第１の配線層２３１のＡｕ膜とが接触している。
【００４２】
図６（Ｂ）に示すように、第２の配線層２３２を形成した後に半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上にシリコン窒化膜２４１を形成する。シリコン窒化膜２４１は、以下の条件下においてプラズマＣＶＤ法により形成される。
温度：２７５℃、
周波数：１３．５６ＭＨｚ、
パワー密度：５０ｍＷ／ｃｍ^２、
プロセスガスの供給量の体積比：
（ＳｉＨ_４＋ＮＨ_３）：（Ｈｅ＋Ｎ_２）＝１：１００、
Ｈｅ：Ｎ_２＝５：１。
【００４３】
このようにして集積回路２００が製造される。なお、シリコン窒化膜２４１は、その応力が−１．０×１０^＋９ｄｙｎｅｓ／ｃｍ^２（−１．０×１０^＋８Ｎ／ｍ^２）となる成膜条件で形成されている。シリコン窒化膜２４１はパッシベ−ション膜として機能する。上記工程により作製されたシリコン窒化膜２４１は、充分な耐湿性を示す。
【００４４】
半導体装置は、電極パッドを備える。シリコン窒化膜２４１は電極パッド上に開口を有する。トランジスタといったデバイス又は配線と外部デバイスとの電気的な接続は、電極パットをボンディングワイヤ等を介して外部デバイスに接続することにより実現される。電極パットは、トランジスタ形成領域から離れたところに位置している。シリコン窒化膜２４１は、トランジスタ形成領域上に設けられている。このため、開口部以外のシリコン窒化膜２４１自体が有する水分を透過させない性質、すなわちシリコン窒化膜２４１の耐湿性が半導体装置の耐湿性を決定する。
【００４５】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明しているけれども、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４６】
例えば、上記第１の実施形態においては、高周波の周波数として１３．５６ＭＨｚを使用する。その代わりに、５０ｋＨｚ、又は２．４８ＧＨｚといった他の周波数を用いることも可能である。また、このような高周波を電極に印加する際、インビーダンス不整合により高周波源そのものが破壊される場合がある。それを避けるために、プラズマＣＶＤ装置１にはインビーダンス整合回路を高周波供給系統に備えることができる。
【００４７】
また、プラズマＣＶＤ装置１は、下部電極１４上に一枚の基板１６を載置する、いわゆる枚葉式を示しているが、多数枚の基板１６を下部電極１４上に載置して同時にシリコン窒化膜７０を形成してもよい。さらにまた、プラズマＣＶＤ装置１においては、下部電極１４上に基板１６を載置している。その代わりに、上部電極１２の下面に基板１６を搭載してもよい。シリコン窒化膜７０の形成中に生成する反応生成物（フレーク）が基板１６上に落下して基板１６を汚染することがある。これを回避するためには、上部電極１２の下面に基板１６を搭載する形態が望ましい。
【００４８】
またさらに、上記実施形態においては、プロセスガスのシラン系ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）を使用する。その代わりに、ジシラン等を用いることも可能である。
【００４９】
さらにまた、上記第２の実施形態においては、第２の層間絶縁膜２１２の材料としてＳｉＯＮを使用する。この材料の代わりにＳｉＯ_２、ＳｉＮを用いてもよい。この場合においても、ヴィアホール２０５を形成するために、フッ素ガスを用いてＲＩＥ法によりエッチングを行うことができる。
【００５０】
さらに、上記実施形態においては、第１及び第２の配線の材料としてＴｉＷ／Ａｕを使用する。この材料の代わりにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ等を単独で又は組み合わせて用いてもよい。また、配線材料としてはＴｉを含まないアルミニウム材を用いることも可能である。この場合においても、本発明の方法により形成したシリコン窒化膜は、低応力と優れた耐湿性を有しておりデバイスや配線保護膜として有用である。
【００５１】
したがって、本発明の方法により形成したシリコン窒化膜を半導体装置の保護膜として用いることにより、低応力のみならず優れた耐湿性が得られる。その結果、デバイスや集積回路の耐環境性を高めることが可能となり、信頼性の高いデバイス、ＩＣ等を実現できる。ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体を基板として用いる集積回路においては、配線材料として水分に侵されやすいＴｉ又はＴｉ化合物を多用する。このような半導体装置において、本発明の方法は有用である
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低応力のシリコン窒化膜を形成する方法及び低応力のシリコン窒化膜を含む半導体装置を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係わるシリコン窒化膜の形成方法に適用する製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わるシリコン窒化膜の応力の変化を示すグラフであり、図２（Ｂ）及び（Ｃ）は、第１の実施形態に係わる基板の反り量とその変位量を説明するための模式図である。
【図３】図３（Ａ）は、第１の実施形態に係わる試験素子の平面図であり、図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係わる試験素子の断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係わる試験素子の抵抗値の変化を示すグラフである。
【図５】図５（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施形態に係わるシリコン窒化膜を備える半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施形態に係わるシリコン窒化膜を備える半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１…プラズマＣＶＤ装置、１０…反応炉、１２…上部電極、１４…下部電極、１６…基板、１８…ヒータ、２０…プラズマ、３１、３２、３３、３４…ガス供給管、３５…ガス導入管、３６…ミキサー、３７…排気管、４１、４２、４３、４４、４５、４６…バルブ、５０…真空ポンプ、６０…高周波電源、７０…シリコン窒化膜。

Claims

シリコン窒化膜を形成する方法であって、
シラン系ガス、窒素ガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含むプロセスガスに高周波を印加してプラズマを発生させ、シリコン窒化膜を堆積する工程を備える、方法。
前記窒素ガス及び前記ヘリウムガスの供給量の体積比（ヘリウムガス／窒素ガス）が、４〜１２である、請求項１記載の方法。
前記高周波の周波数が、１３．５６ＭＨｚである、請求項１又は２記載の方法。
半導体素子に電気的につながる配線を半絶縁性半導体基板上に作製する工程と、
シラン系ガス、窒素ガス、アンモニアガス及びヘリウムガスを含むプロセスガスのプラズマを発生させて、前記基板、前記半導体素子及び前記配線上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
前記窒素ガス及び前記ヘリウムガスの供給量の体積比（ヘリウムガス／窒素ガス）が、４〜１２である、請求項４記載の方法。
前記配線が、チタン層又はチタン化合物層を含む金属膜である、請求項４又は５記載の方法。