JP2007324616A - フラッシュメモリのためのパッシベーション構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下に横たわる装置構成要素を効果的に保護するばかりでなく、従来的パッシベーション構造の形成方法よりも迅速かつ低廉に製造されるパッシベーション構造が必要である。
【解決手段】本発明によるパッシベーション構造は、最小限の層の数を用いて強化されたパッシベーション効果を供する高紫外線透過性珪素（ＵＶ−ＳｉＮ）層を有する半導体装置のためのパッシベーション構造である。このＵＶ−ＳｉＮ層は実質的に形状に追随して、半導体基板の上に形成された複数の上部金属線上に横たわり、隣接する上部金属線の間に、形状的窪みが明確に示される。スピンオンガラス（ＳＯＧ）材料が該形状的窪みに埋められる。比較的厚く、上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層は、下に横たわる形態を水分から保護するのみならず、アルカリ金属イオンがそこを通ることを防ぐ。酸窒化珪素層は、続く湿潤エッチング処理の間、ＳＯＧ材料を保護する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に半導体の製造に関し、特に、例えばフラッシュメモリのためのパッシベーション構造、およびそのようなパッシベーション構造の製造の方法に関する。

半導体装置の製造においては、パッシベーション層を用いてその下に横たわる装置構成要素を、水分、汚染、電気特性の劣化、および物理的損傷から保護している。パッシベーション層は、標準的には窒化珪素、二酸化珪素で形成される。このような材料によって、可動イオンが装置構造に入ることを防ぎ、シュレッショルド電圧のシフトのような問題が引き起こされることを防ぐ。

いくつかの装置においては、多層パッシベーション構造を用い、その下に横たわる金属および誘電体層のストレスを軽減する。ＰＥＯＸ層、高紫外線透過性窒化珪素層、スピンオンガラス（ＳＯＧ）層、６０００オングストロームの膜厚の酸窒化珪素、および９０００オングストロームの膜厚のＰＳＧ層を有する、５層パッシベーション構造が知られている。この構造の欠点の１つは、この構造を形成するのに用いられる製造過程が複雑で、時間がかかり、費用の嵩むものだという点である。この構造の別の欠点は、ＰＳＧ層である。この層はプラズマ増速化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって形成され、粒状構造を有するため、効果的には可動イオンがＰＥＯＸ層に浸透することを防止できない。

メータら(Mehta et al.)による米国特許第６２６１９４４号は、第１ＰＥＣＶＤ酸化物層、ＳＯＧ層、第２ＰＥＣＶＤ酸化物層、ＰＥＣＶＤ窒化珪素層からなる４層パッシベーション構造を開示している。このパッシベーション構造の有する欠点は、複雑さ、製造費用の割高さ、および消去特性の悪さである（特許文献１参照。）。
ジョーンズら(Jones et al.)による米国特許第５５４９７８６号は、第１ＰＥＣＶＤ窒化珪素層、ＳＯＧ層、第２ＰＥＣＶＤ窒化珪素層からなる誘電体−ＳＯＧ−誘電体パッシベーション構造を開示している。不運にも、この構造は効果的には、下に横たわる装置構成要素を水分、可動イオン、および物理的損傷から護ることはできない（特許文献２参照。）。
オオツキら(Ohtsuki et al.)による米国特許第５４８３０９７号は、紫外線透過性窒化珪素からなる装置保護膜を開示している。この窒化珪素膜は、ＰＥＣＶＤ過程で形成され、比較的厚く、従って大きなストレスを誘起する。このことは望ましいものではない、なぜなら誘起されたストレスは半導体装置における上部金属(top metal)を損傷するからである（特許文献３参照。）。
米国特許第６２６１９４４号明細書 （第４図） 米国特許第５５４９７８６号明細書 （第５図） 米国特許第５４８３０９７号明細書 （第８図、第１０図）

前記に即して言えば、下に横たわる装置構成要素を効果的に保護するばかりでなく、従来的パッシベーション構造の形成方法よりも迅速かつ低廉に製造されるパッシベーション構造が必要であるということである。

大雑把に言えば、本発明は、最小限の層の数からなる効果的なパッシベーション構造を供することで、この要請に応じるものである。また、このパッシベーション構造を形成する方法をも記述している。

本発明の一態様により、半導体装置のパッシベーション構造が供される。このパッシベーション構造においては、高紫外線透過性窒化珪素(UV-SiN)層が複数の上部金属線(top metal lines)の上に、実質的に形状に追随して横たわり、半導体基板を覆って形成されるので、ＵＶ−ＳｉＮ層の上面が、隣接する上部金属線の間の複数の形状的な窪み(hollow)を示す。複数の形状的な窪みを示すＵＶ−ＳｉＮ層の上にスピンオンガラス（ＳＯＧ）材料が横たわる。膜厚約８０００オングストロームから約１００００オングストロームを有し上面が実質的に平坦な酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）層が、ＵＶ−ＳｉＮ層とＳＯＧ材料の上に横たわる。

ある実施形態においては、ＵＶ−ＳｉＮ層は約４０００オングストロームの膜厚を有する。ある実施形態においては、ＳＯＧ材料は、珪酸を基調とする材料またはシロキサンを基調とする材料で、約３４００オングストロームの厚さを有する。ある実施例においては、上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層は約８０００オングストロームから約１００００オングストロームの範囲の厚さを有する。ある実施例においては、半導体装置はフラッシュメモリである。

本発明の他の態様により、半導体装置のためのパッシベーション構造を形成する方法が供される。この方法において、上に複数の上部金属線が形成された基板が供される。しっかりと形状に追随するＵＶ−ＳｉＮ層が基板の上に形成されるので、ＵＶ−ＳｉＮ層の上面部が、隣接する金属線の間の複数の形状的な窪みを示している。複数の形状的な窪みは、少なくとも部分的にはＳＯＧ材料で満たされている。上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層がＵＶ−ＳｉＮ層およびＳＯＧ材料の上に形成される。

本発明によるパッシベーション構造は、有利にも最小限の層の数を用いて強化されたパッシベーション効果を供する。比較的厚い酸窒化珪素層は、下に横たわる形態を水分から保護するのみならず、アルカリ金属イオンがそこを通ることを防いでいる。加えて、酸窒化珪素層が、続く湿潤エッチング処理の間、ＳＯＧ材料を保護している。従来のパッシベーション構造で用いられているよりも少ない層を使用することにより、本発明のパッシベーション構造形成法は、従来パッシベーション構造の形成に用いられていた方法よりも、短時間、低廉な方法となる。

当然のことながら、先の一般的記述および続く詳細な記述は模範的であり説明的な記述でしかなく、請求する発明の範囲を限定するものではない。

本明細書に組み込まれ、明細書の一部を成す、添付の図面は模範的な本発明の実施形態を例示し、記述と共に本発明の原理を説明する。

本発明によるパッシベーション構造は、有利にも最小限の層の数を用いて強化されたパッシベーション効果を供する。比較的厚い酸窒化珪素層は、下に横たわる形態を水分から保護するのみならず、アルカリ金属イオンがそこを通ることを防いでいる。加えて、酸窒化珪素層が、続く湿潤エッチング処理の間、ＳＯＧ材料を保護している。従来のパッシベーション構造で用いられているよりも少ない層を使用することにより、本発明のパッシベーション構造形成法は、従来的パッシベーション構造の形成に用いられていた方法よりも、短時間、低廉な方法となる。

いくつかの本発明の模範的実施形態について、添付の図面を参照してここで詳細に記述する。

図１は、本発明の、ある実施形態によるパッシベーション構造の断面図である。図１に示すように、半導体基板１００は、その上に形成された上部金属線１０２を有する。高紫外線透過性窒化珪素（ＳｉＮ_ｘＨ_ｙ）層１０４（以後ＵＶ−ＳｉＮ層１０４）は、形状に追随し、上部金属線１０２を覆う。ＵＶ−ＳｉＮ層１０４の上面の部分１０４ａは上部金属線１０２の上面の上に横たわっている。ＵＶ−ＳｉＮ層の上面の部分１０４ｂは、隣接する上部金属線１０２の間の形状的窪みを明確に示している。隣接する上部金属線１０２の間で、ＵＶ−ＳｉＮ層１０４の上面の部分１０４ｂによって明確化されている形状的な窪みをスピンオンガラス（ＳＯＧ）材料１０６が埋める。酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）層１０８がＵＶ−ＳｉＮ層１０４およびスピンオンガラス材料１０６を覆っている。

図２（ａ）ないし図２（ｃ）は図１に示したパッシベーション構造を製造する模範的な方法である。図２（ａ）を参照すれば、半導体基板１００はその上に形成された上部金属線１０２を有している。ある実施形態においては、半導体基板１００は、フラッシュメモリの製造に関する付加的処理操作を受けた珪素基板である。上部金属線１０２は、半導体基板１００上の金属層の形成および周知の製造技術による金属層のパターニングによって形成される。例示の簡単化のため、図２（ａ）において、２つの上部金属線のみを示す。半導体装置には、該して図２（ａ）に示されているよりもはるかに多くの上部金属線が含まれていることは、当業者にとっては当然のことである。

本発明によれば、ＵＶ−ＳｉＮ層１０４は上部金属線１０２の上に形成される。ＵＶ−ＳｉＮ層は、例えば、プラズマ増速化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）のような、どのような適当な技術によって形成されてもよい。図２（ａ）に示されている様に、ＵＶ−ＳｉＮ層１０４は、形状に追随して上部金属線を覆うので、ＵＶ−ＳｉＮ層の上面の部分１０４ａは上部金属線１０２の上面の上に横たわり、部分１０４ｂが、隣接する上部金属線の間の形状的な窪みを明確に示している。ある実施形態においては、ＵＶ−ＳｉＮ層は約４０００オングストロームの膜厚を有する。ここで用いられている、「約」という語の意味するところは、想定している適用用途にとって、受容可能な製造上の許容誤差の範囲内で特定の寸法が変化し得るということである。ある実施形態において、受容可能な製造上の許容誤差は±１０％である。

次に、図２ｂに示されるように、ＳＯＧ材料１０６が半導体基板１００に、少なくとも部分的には、隣接する金属線１０２の間にある形状的な窪みを埋めるように適用される。ＳＯＧ材料１０６は、例えばスピン塗布方式のような、どのような適当な技術で適用されてもよい。ＳＯＧ材料１０６の機能の１つには、下に横たわる機構を伸張する機能がある。ある実施形態においては、ＳＯＧ材料１０６が形状の窪みを埋めるので、各形状の窪みにおいては、ＵＶ−ＳｉＮ層１０４の上面の部分１０４ｂは実質上、スピンオンガラス材料に覆われる。各形状の窪みにおいて、実質的にＳＯＧ材料１０６がＵＶ−ＳｉＮ層１０４の上面の部分１０４ｂを覆うと、ＳＯＧ材料の上面は凡そＵＶ−ＳｉＮ層の部分１０４ａの上面と同じ高さになる。このように、ＳＯＧ材料１０６の上面およびＵＶ−ＳｉＮ層１０４の部分１０４ａの上面は比較的平滑な表面を定める。一例として、適切なＳＯＧ材料は、在来の珪酸を基調とする材料またはシロキサンを基調とする材料を含んでいる。ある実施形態においては、ＳＯＧ材料１０６は、約３４００オングストロームの膜厚を有する。この実施形態においては、受容可能な製造上の許容誤差は±１０％である。

図２（ｃ）に目を移せば、ＳＯＧ材料１０６が適用された後、酸窒化珪素ＳｉＯＮ層１０８がＳＯＧ材料１０６およびＵＶ−ＳｉＮ層１０４の上に形成される。例として、ＳｉＯＮ層１０８は周知の技術により、酸化珪素の窒化を通じて形成される。ある実施形態においては、ＳｉＯＮ層１０８は約８０００オングストロームから約１００００オングストロームの範囲の膜厚を有する。この実施形態においては、受容可能な製造上の許容誤差は±１０％である。図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯＮ層１０８の上面は比較的平滑で、すなわち実質的には平坦である。この比較的平坦な上面は、ＳｉＯＮ層が形成されている下に横たわる、比較的平滑な面であることおよびＳｉＯＮ層が比較的厚いことの組み合わせに起因して生じる結果である。

本発明のパッシベーション構造は、有利にも最小限の層の数で強化されたパッシベーション効果を供する。比較的厚いＳｉＯＮ層は下に横たわる形態を水分から保護するのみならず、アルカリ金属イオンがそこを通ることを防いでいる。加えて、ＳｉＯＮ層は、続く湿潤エッチング処理の間、ＳＯＧ材料を保護する。従来のパッシベーション構造で用いられているよりも少ない層の数により、本発明のパッシベーション構造を形成する方法は、従来のパッシベーション構造を形成するために用いられてきた方法よりも短時間かつ低廉である。

要約すれば、本発明は、例えばフラッシュメモリのためのパッシベーション構造を供するものであり、またそのようなパッシベーション構造を形成するための方法である。本明細書においては、幾つかの模範的実施形態の面から本発明を記述している。本発明の他の実施形態は、当業者にとっては明細書の考慮および発明の実施から明らかとなるであろう。上記の実施形態および好ましい特徴は模範であり、本発明の範囲は請求項およびその均等物によって規定される。

本発明のある実施形態によるパッシベーション構造の断面図である。 （ａ）−（ｃ）：図１に示したパッシベーション構造を製造する、模範的方法である。

符号の説明

１００ ・・・ 基板
１０２ ・・・ 上部金属線
１０４ ・・・ 高紫外線透過性窒化珪素層
１０６ ・・・ スピンオンガラス材料
１０８ ・・・ 酸窒化珪素層

Claims (3)

1. 複数の上部金属線が横たわる基板上に実質的にその形状に追随して横たわる高紫外線透過性窒化珪素層であり、その上面が、隣接する前記上部金属線間の窪み形状を示す高紫外線透過性窒化珪素層と、
   前記窪み形状を示す高紫外線透過性窒化珪素層の部分の上に横たわるスピンオンガラス材料と、
   前記高紫外線透過性窒化珪素層および前記スピンオンガラス材料の上に横たわる膜厚約８０００オングストロームから約１００００オングストロームの、上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層と、
   を有する半導体装置のためのパッシベーション構造。
2. 基板に横たわる複数の上部金属線と、
   実質的に形状に追随して上部金属線の上に横たわる高紫外線透過性窒化珪素層で、その上面が、隣接する上部金属線の間の形状的窪みを示す、膜厚約４０００オングストロームの高紫外線透過性窒化珪素層と、
   複数の形状的窪みを示している高紫外線透過性窒化珪素層の部分の上に横たわる、膜厚約３４００オングストロームのスピンオンガラス材料と、
   高紫外線透過性窒化珪素層およびスピンオンガラス材料の上に横たわる、膜厚約８０００オングストロームから約１００００オングストロームの、上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層と、
   を有するフラッシュメモリのためのパッシベーション構造。
3. 上部に複数の上部金属線を有する基板を供する段階と、
   高紫外線透過性窒化珪素の上面の部分が、隣接する上部金属線の間の形状的窪みを示すほどに実質的に形状に追随する高紫外線透過性窒化珪素層を基板の上に形成する段階と、
   複数の形状的窪みを少なくとも部分的にはスピンオンガラス材料で埋める段階と、
   高紫外線透過性窒化珪素層およびスピンオンガラス材料の上に、上面が実質的に平坦な酸窒化珪素層を形成する段階と、
   を有する半導体装置のためのパッシベーション構造を形成する方法。

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