JP2682403B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、とくに半導体基板上のパッシベーション膜の形
成方法に関する。
係わり、とくに半導体基板上のパッシベーション膜の形
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の多層のパッシベーション膜
50を用いた半導体装置の一例の断面図である。半導体
基板1上には金属配線2が設けられ、この金属配線2上
に、リンケイ酸膜(以後、PSG膜と称す)6とシリコ
ン窒化膜3との二層構造のパッシベーション膜が設けら
れている。PSG膜6の厚さは例えば500nm(ナノ
メータ)であり、シリコン窒化膜3の厚さは例えば70
0nmである。PSG膜6は常圧気相成長(以後、常圧
CVD、と称す)装置により、反応ガスとしてシラン
(SiH4 )、ホスフィン(PH3 )および酸素
(O2 )を用いて形成される。シリコン窒化膜3は、プ
ラズマ気相成長(以後、プラズマCVD、と称す)装置
により、反応ガスとしてシラン(SiH4 )およびアン
モニア(NH3 )を用いて形成される。
50を用いた半導体装置の一例の断面図である。半導体
基板1上には金属配線2が設けられ、この金属配線2上
に、リンケイ酸膜(以後、PSG膜と称す)6とシリコ
ン窒化膜3との二層構造のパッシベーション膜が設けら
れている。PSG膜6の厚さは例えば500nm(ナノ
メータ)であり、シリコン窒化膜3の厚さは例えば70
0nmである。PSG膜6は常圧気相成長(以後、常圧
CVD、と称す)装置により、反応ガスとしてシラン
(SiH4 )、ホスフィン(PH3 )および酸素
(O2 )を用いて形成される。シリコン窒化膜3は、プ
ラズマ気相成長(以後、プラズマCVD、と称す)装置
により、反応ガスとしてシラン(SiH4 )およびアン
モニア(NH3 )を用いて形成される。
【0003】一般にシリコン窒化膜は耐湿性に優れた膜
ではあるが、プラズマCVD法により形成した膜は、膜
中に少なからず小さな欠陥が存在し、そこから下層へ少
量の水を通してしまう。そのため従来は、シリコン窒化
膜3の下層にPSG膜6をもうけ、シリコン窒化膜3を
通して入り込んだ水を吸湿分散させることによって、金
属配線2への局部的な水の蓄積を防止し、耐湿性を高め
ていた。
ではあるが、プラズマCVD法により形成した膜は、膜
中に少なからず小さな欠陥が存在し、そこから下層へ少
量の水を通してしまう。そのため従来は、シリコン窒化
膜3の下層にPSG膜6をもうけ、シリコン窒化膜3を
通して入り込んだ水を吸湿分散させることによって、金
属配線2への局部的な水の蓄積を防止し、耐湿性を高め
ていた。
【0004】図5は他の従来技術の多層のパッシベーシ
ョン膜60を用いた半導体装置の断面図であり、このよ
うな技術は特開昭62−128128号公報および特開
昭62−242331号公報に開示されている。これ
は、前述した図4の従来例のPSG膜6の下層にシリコ
ン窒化膜4を設けた三層構造のパッシベーション膜であ
り、例えばシリコン窒化膜7の膜厚は100nm,PS
G膜6の膜厚は600nm,シリコン窒化膜3の膜厚は
300nmである。図4に示した従来例と同様にシリコ
ン窒化膜3,7はプラズマCVD装置により形成され、
PSG膜6は常圧CVD装置により形成される。PSG
膜6の下層にシリコン窒化膜7を設けることによりPS
Gが吸湿した水分が下層の金属配線層2に分散すること
を防止するとされている。また、シリコン窒化膜3によ
りパッシベーション膜の機械的強度が得られるため後工
程での熱処理で発生するクラックを防止できるとされて
いる。
ョン膜60を用いた半導体装置の断面図であり、このよ
うな技術は特開昭62−128128号公報および特開
昭62−242331号公報に開示されている。これ
は、前述した図4の従来例のPSG膜6の下層にシリコ
ン窒化膜4を設けた三層構造のパッシベーション膜であ
り、例えばシリコン窒化膜7の膜厚は100nm,PS
G膜6の膜厚は600nm,シリコン窒化膜3の膜厚は
300nmである。図4に示した従来例と同様にシリコ
ン窒化膜3,7はプラズマCVD装置により形成され、
PSG膜6は常圧CVD装置により形成される。PSG
膜6の下層にシリコン窒化膜7を設けることによりPS
Gが吸湿した水分が下層の金属配線層2に分散すること
を防止するとされている。また、シリコン窒化膜3によ
りパッシベーション膜の機械的強度が得られるため後工
程での熱処理で発生するクラックを防止できるとされて
いる。
【0005】図6は別の従来技術の多層パッシベーショ
ン膜70を用いた半導体装置の断面図であり、このよう
な技術は特開昭62−174927号公報に記載されて
いる。同図において、半導体基板1上に設けられた金属
配線2上に弗素を含むシリコン窒化膜8と通常のシリコ
ン窒化膜3との二層構造のパッシベーション膜が設けら
れる。弗素を含むシリコン窒化膜8の厚さは例えば50
0nm、シリコン窒化膜3の厚さは例えば500nmで
ある。弗素を含むシリコン窒化膜8はプラズマCVD装
置により六弗化ケイ素(Si2 F6 )と窒素(N2 )と
水素(H2 )を用いて形成される。シリコン窒化膜3は
図4および図5に示した従来例と同様にプラズマCVD
装置により形成される。弗素を含むシリコン窒化膜8と
シリコン窒化膜3から成る二層構造のパッシベーション
膜は、水素の拡散による半導体素子の劣化を防止し、他
方ではシリコン窒化膜3の優れた耐湿性により金属配線
2の腐食も防止するとされている。
ン膜70を用いた半導体装置の断面図であり、このよう
な技術は特開昭62−174927号公報に記載されて
いる。同図において、半導体基板1上に設けられた金属
配線2上に弗素を含むシリコン窒化膜8と通常のシリコ
ン窒化膜3との二層構造のパッシベーション膜が設けら
れる。弗素を含むシリコン窒化膜8の厚さは例えば50
0nm、シリコン窒化膜3の厚さは例えば500nmで
ある。弗素を含むシリコン窒化膜8はプラズマCVD装
置により六弗化ケイ素(Si2 F6 )と窒素(N2 )と
水素(H2 )を用いて形成される。シリコン窒化膜3は
図4および図5に示した従来例と同様にプラズマCVD
装置により形成される。弗素を含むシリコン窒化膜8と
シリコン窒化膜3から成る二層構造のパッシベーション
膜は、水素の拡散による半導体素子の劣化を防止し、他
方ではシリコン窒化膜3の優れた耐湿性により金属配線
2の腐食も防止するとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のパ
ッシベーション膜構造の一つであるPSG膜6とシリコ
ン窒化膜3から成る図4に示す二層構造では、シリコン
窒化膜3にわずかながら存在する小さな欠陥から入り込
んだ水分を吸湿したPSG膜6が直に金属配線2に接し
ているため、充分な耐湿性が得られず、金属配線2がP
SG膜6中の水分により腐食することがあるという重大
な欠点を有していた。
ッシベーション膜構造の一つであるPSG膜6とシリコ
ン窒化膜3から成る図4に示す二層構造では、シリコン
窒化膜3にわずかながら存在する小さな欠陥から入り込
んだ水分を吸湿したPSG膜6が直に金属配線2に接し
ているため、充分な耐湿性が得られず、金属配線2がP
SG膜6中の水分により腐食することがあるという重大
な欠点を有していた。
【0007】また従来のパッシベーション膜構造の他の
一つであるシリコン窒化膜7とPSG膜6とシリコン窒
化膜3からなる図5に示す三層構造では、下層のシリコ
ン窒化膜7はPSG膜6のステップカバレッジが悪いこ
とから厚くすることができず、上述した様にPSG膜6
が吸湿した水分から金属配線を保護することが不十分で
ある。また交互に膜種が異なることから異なる装置で三
回に分けて成長を行う必要があり、量産性が悪いという
問題があった。
一つであるシリコン窒化膜7とPSG膜6とシリコン窒
化膜3からなる図5に示す三層構造では、下層のシリコ
ン窒化膜7はPSG膜6のステップカバレッジが悪いこ
とから厚くすることができず、上述した様にPSG膜6
が吸湿した水分から金属配線を保護することが不十分で
ある。また交互に膜種が異なることから異なる装置で三
回に分けて成長を行う必要があり、量産性が悪いという
問題があった。
【0008】また従来のパッシベーション膜構造の別の
一つである弗素を含むシリコン窒化膜8とシリコン窒化
膜3からなる図6に示す二層構造では、下層の弗素を含
むシリコン窒化膜8は水(H2 O)と反応することか
ら、上層のシリコン窒化膜3から入り込んだ水分と反応
して弗化水素酸(HF)を生じ、金属配線層2を腐食さ
せることがあるという信頼性上重大な欠点があった。
一つである弗素を含むシリコン窒化膜8とシリコン窒化
膜3からなる図6に示す二層構造では、下層の弗素を含
むシリコン窒化膜8は水(H2 O)と反応することか
ら、上層のシリコン窒化膜3から入り込んだ水分と反応
して弗化水素酸(HF)を生じ、金属配線層2を腐食さ
せることがあるという信頼性上重大な欠点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板上に、膜の緻密の程度を交互に変えて複数層に重ね
てパッシベーション膜を形成するに際して、同一反応室
内に、密の膜を形成するためのパワーを印加した第1の
電極と疎の膜を形成するためのパワーを印加した第2の
電極とを交互に配列しておき、前記密の膜と前記疎の膜
を交互に連続的に形成することにある。
基板上に、膜の緻密の程度を交互に変えて複数層に重ね
てパッシベーション膜を形成するに際して、同一反応室
内に、密の膜を形成するためのパワーを印加した第1の
電極と疎の膜を形成するためのパワーを印加した第2の
電極とを交互に配列しておき、前記密の膜と前記疎の膜
を交互に連続的に形成することにある。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明を説明する。
【0014】図1は本発明の第1の実施例による半導体
装置の一部を示す断面図である。半導体基板1のフィー
ルド絶縁膜(図示省略)上にアルミやアルミ合金等から
なる金属配線2が形成され、パッシベーション膜40で
全体を被覆している。そしてこのパッシベーション膜4
0は密度が高い(密の)シリコン窒化膜4と密度が低い
(疎の)シリコン窒化膜5とを交互に積層(合計7層)
して構成されている。ここで密度が高い(密の)シリコ
ン窒化膜とは膜の単位体積あたりのSi−N分子が多い
膜であり、逆に密度が低い(疎の)シリコン窒化膜とは
それが少ない膜である。そしてシリコン窒素以外には水
素が含有されるが、水素の重さはシリコン窒素の重さに
比べて無視できるから、密度が高い(密の)シリコン窒
化膜の比重(g/cm3 )は密度が低い(疎の)シリコ
ン窒化膜より大となる。
装置の一部を示す断面図である。半導体基板1のフィー
ルド絶縁膜(図示省略)上にアルミやアルミ合金等から
なる金属配線2が形成され、パッシベーション膜40で
全体を被覆している。そしてこのパッシベーション膜4
0は密度が高い(密の)シリコン窒化膜4と密度が低い
(疎の)シリコン窒化膜5とを交互に積層(合計7層)
して構成されている。ここで密度が高い(密の)シリコ
ン窒化膜とは膜の単位体積あたりのSi−N分子が多い
膜であり、逆に密度が低い(疎の)シリコン窒化膜とは
それが少ない膜である。そしてシリコン窒素以外には水
素が含有されるが、水素の重さはシリコン窒素の重さに
比べて無視できるから、密度が高い(密の)シリコン窒
化膜の比重(g/cm3 )は密度が低い(疎の)シリコ
ン窒化膜より大となる。
【0015】このパッシベーション膜40はプラズマC
VD装置により形成される。まず、13.56MHz と
350kHz の2つのRF電源を有する平行平板型プラ
ズマCVD装置により、成長条件として温度300℃、
圧力3Torrで、シラン(SiH4 )300SCC
M,アンモニア(NH3 )500SCCM,窒素
(N2)500SCCM,を流し、13.56MHz の
RFパワー(以後、高周波パワー、と称す)200W,
350KHz のRFパワー(以後、低周波パワー、と称
す)200Wにて、膜厚150nm(ナノメータ)の緻
密な(密度が高い)シリコンナイトライド膜4(以後、
密SiN、と称す)を形成する。次に高周波パワー30
0W、低周波パワーを100Wに変更して同一装置内で
連続して膜厚150nmのやや膜質が疎な(密度が低
い)シリコンナイトライド膜5(以後、疎SiN膜、と
称す)を形成する。以後、同一装置内で連続して低高周
波パワーを変化させることにより膜の緻密の程度を交互
に変え分け7層、膜厚1.05μmの密、疎SiN膜か
らパッシベーション膜40を形成する。
VD装置により形成される。まず、13.56MHz と
350kHz の2つのRF電源を有する平行平板型プラ
ズマCVD装置により、成長条件として温度300℃、
圧力3Torrで、シラン(SiH4 )300SCC
M,アンモニア(NH3 )500SCCM,窒素
(N2)500SCCM,を流し、13.56MHz の
RFパワー(以後、高周波パワー、と称す)200W,
350KHz のRFパワー(以後、低周波パワー、と称
す)200Wにて、膜厚150nm(ナノメータ)の緻
密な(密度が高い)シリコンナイトライド膜4(以後、
密SiN、と称す)を形成する。次に高周波パワー30
0W、低周波パワーを100Wに変更して同一装置内で
連続して膜厚150nmのやや膜質が疎な(密度が低
い)シリコンナイトライド膜5(以後、疎SiN膜、と
称す)を形成する。以後、同一装置内で連続して低高周
波パワーを変化させることにより膜の緻密の程度を交互
に変え分け7層、膜厚1.05μmの密、疎SiN膜か
らパッシベーション膜40を形成する。
【0016】図2に2つのRFパワーによるシリコン窒
化膜の膜質の依存性を示す。低周波パワーの比率を増す
とイオンボンバートメントが強くなるため膜質はより緻
密になる。これにより、nm(ナノメータ)/min
(分)で示すエッチレートは小となり、dyn/cm2
で示すストレスは圧縮方向に大きくなり、g/cm3 で
示す密度(比重)は大きくなる。
化膜の膜質の依存性を示す。低周波パワーの比率を増す
とイオンボンバートメントが強くなるため膜質はより緻
密になる。これにより、nm(ナノメータ)/min
(分)で示すエッチレートは小となり、dyn/cm2
で示すストレスは圧縮方向に大きくなり、g/cm3 で
示す密度(比重)は大きくなる。
【0017】本実施例において、高周波パワーが200
Wで低周波パワーが200Wの膜を密SiN4とし、高
周波パワーが300Wで低周波パワーが100Wの膜を
疎SiN5とした。
Wで低周波パワーが200Wの膜を密SiN4とし、高
周波パワーが300Wで低周波パワーが100Wの膜を
疎SiN5とした。
【0018】ここで密SiN4は水分の吸湿性及び透過
性がきわめて小さい膜であり疎SiN5は密SiN4に
比べやや水分を吸湿できる性能を持つ膜である。
性がきわめて小さい膜であり疎SiN5は密SiN4に
比べやや水分を吸湿できる性能を持つ膜である。
【0019】本実施例による方法では、パッシベーショ
ン膜に侵入した水分を疎SiN5で吸湿し、密SiN4
でより下層への水分の侵入を防ぐ。疎SiN5は従来法
で用いたPSF膜6に比べ吸湿した水分を下層へ分散さ
せにくく、密SiN4と疎SiN5を交互に7層重ねて
あるため耐湿性が大きく向上する。またある層に存在し
た欠陥部はその下層の膜により補うことができる。
ン膜に侵入した水分を疎SiN5で吸湿し、密SiN4
でより下層への水分の侵入を防ぐ。疎SiN5は従来法
で用いたPSF膜6に比べ吸湿した水分を下層へ分散さ
せにくく、密SiN4と疎SiN5を交互に7層重ねて
あるため耐湿性が大きく向上する。またある層に存在し
た欠陥部はその下層の膜により補うことができる。
【0020】しかも従来法とは異なり同一装置内で連続
して多層膜を形成できるため量産性に優れ、またストレ
スの小さい疎SiN5を用いることからストレスを大き
くすることなく耐湿性に優れた膜を形成できるため配線
に与える影響は小さい。
して多層膜を形成できるため量産性に優れ、またストレ
スの小さい疎SiN5を用いることからストレスを大き
くすることなく耐湿性に優れた膜を形成できるため配線
に与える影響は小さい。
【0021】なお、本実施例ではRFパワーの比を変化
させることにより、膜の緻密の程度を変えたが、成長圧
力、またはガス流量を変化させてもほぼ同様の効果が得
られる。また、上述した実施例では従来の枚葉式平行平
板型プラズマCVD装置を用いたが、以下の述べる本発
明による半導体成長装置を用いてもよい。
させることにより、膜の緻密の程度を変えたが、成長圧
力、またはガス流量を変化させてもほぼ同様の効果が得
られる。また、上述した実施例では従来の枚葉式平行平
板型プラズマCVD装置を用いたが、以下の述べる本発
明による半導体成長装置を用いてもよい。
【0022】図3は本発明の第2の実施例としてパッシ
ベーション膜を成長させるためのプラズマCVD装置の
上面図(A)及び側面図(B)である。
ベーション膜を成長させるためのプラズマCVD装置の
上面図(A)及び側面図(B)である。
【0023】排気口23を備えたロードロック室19と
ガス供給口24および排気口23を備えた反応室9とを
具備したCVD装置において、反応室9に上部電極11
〜17が7個、この7個の上部電極に共通の対抗電極と
して、ヒーター22を内蔵する一つの下部電極10が備
えられている。また上部電極11〜17にはそれぞれ1
3.56MHz (高周波),350kHz (低周波)の
RF電源が備えられ独立してRFパワーが制御できる。
ガス供給口24および排気口23を備えた反応室9とを
具備したCVD装置において、反応室9に上部電極11
〜17が7個、この7個の上部電極に共通の対抗電極と
して、ヒーター22を内蔵する一つの下部電極10が備
えられている。また上部電極11〜17にはそれぞれ1
3.56MHz (高周波),350kHz (低周波)の
RF電源が備えられ独立してRFパワーが制御できる。
【0024】尚、図では上部電極11,12および13
に低周波パワーをそれぞれ供給する低周波電源25,2
7および29のみを図示し、上部電極14,15,16
および17にそれぞれ結合する4個の低周波電源は図示
を省略してある。同様に上部電極11,12および13
に高周波パワーをそれぞれ供給する高周波電源26,2
8および30のみを図示し、上部電極14,15,16
および17にそれぞれ結合する4個の高周波電源は図示
を省略してある。
に低周波パワーをそれぞれ供給する低周波電源25,2
7および29のみを図示し、上部電極14,15,16
および17にそれぞれ結合する4個の低周波電源は図示
を省略してある。同様に上部電極11,12および13
に高周波パワーをそれぞれ供給する高周波電源26,2
8および30のみを図示し、上部電極14,15,16
および17にそれぞれ結合する4個の高周波電源は図示
を省略してある。
【0025】このプラズマCVD装置においてまずロー
ドロック室19において真空引きを行い、その後、ウェ
ハーカセット20から半導体ウェハを搬送用ロボット2
1によりゲートバルブ18を通して反応室9に送り込
む。反応室9内に送り込まれた半導体ウェハはまず上部
電極11で前記実施例と同様にシラン,アンモニア,窒
素により高周波電源26により高周波パワー200W,
低周波電源25により低周波パワー200Wを印加して
膜厚150nmの密SiN4を成長する。以後、半導体
ウェハは上部電極12,14,16にて高周波パワー3
00W,低周波パワー100Wにより膜厚150nmの
疎SiN5を、上部電極13,15,17にて上部電極
11で成長した条件と同様にして膜厚150nmの密S
iN4を連続して成長するこれにより反応室9内の7個
の電極により本発明によるパッシベーション膜を形成す
る。ここでウェハは順々に連続して反応室9に送り込ま
れるため、量産性に優れている。
ドロック室19において真空引きを行い、その後、ウェ
ハーカセット20から半導体ウェハを搬送用ロボット2
1によりゲートバルブ18を通して反応室9に送り込
む。反応室9内に送り込まれた半導体ウェハはまず上部
電極11で前記実施例と同様にシラン,アンモニア,窒
素により高周波電源26により高周波パワー200W,
低周波電源25により低周波パワー200Wを印加して
膜厚150nmの密SiN4を成長する。以後、半導体
ウェハは上部電極12,14,16にて高周波パワー3
00W,低周波パワー100Wにより膜厚150nmの
疎SiN5を、上部電極13,15,17にて上部電極
11で成長した条件と同様にして膜厚150nmの密S
iN4を連続して成長するこれにより反応室9内の7個
の電極により本発明によるパッシベーション膜を形成す
る。ここでウェハは順々に連続して反応室9に送り込ま
れるため、量産性に優れている。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は金属配線上
の形成されるパッシベーション膜が、膜の緻密の程度を
複数層に重ねて構成されているため、疎な部分で膜中に
入り込んだ水分を吸湿し、緻密な部分で下層への水分の
侵入を抑える。またある層に存在した欠陥部はその下層
の膜により補うことができる。このためより信頼性の高
いパッシベーション膜が得られるという効果を有する。
また同一装置内で連続して多層のパッシベーション膜を
形成できるため量産性に優れているという効果を有す
る。
の形成されるパッシベーション膜が、膜の緻密の程度を
複数層に重ねて構成されているため、疎な部分で膜中に
入り込んだ水分を吸湿し、緻密な部分で下層への水分の
侵入を抑える。またある層に存在した欠陥部はその下層
の膜により補うことができる。このためより信頼性の高
いパッシベーション膜が得られるという効果を有する。
また同一装置内で連続して多層のパッシベーション膜を
形成できるため量産性に優れているという効果を有す
る。
【図1】本発明の第1の実施例による半導体装置の一部
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図2】プラズマCVD装置におけるシリコン窒化膜の
RFパワー依存性を示す図である。
RFパワー依存性を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例における半導体装置の製
造装置を示す図であり、(A)が上面図、(B)が側面
図である。
造装置を示す図であり、(A)が上面図、(B)が側面
図である。
【図4】従来技術を示す断面図である。
【図5】他の従来技術を示す断面図である
【図6】別の従来技術を示す断面図である。
1 半導体基板 2 金属配線 3 シリコン窒化膜 4 シリコン窒化膜(密) 5 シリコン窒化膜疎(疎) 6 PSG膜 7 シリコン窒化膜 8 弗素を含むシリコン窒化膜 9 反応室 10 下部電極 11,12,13,14,15,16,17 上部電
極 18 ゲートバルブ 19 ロードロック室 20 ウェーハカセット 21 搬送用ロボット 22 ヒーター 23 排気口 24 ガス供給口 25,27,29 低周波電源 26,28,30 高周波電源 40,50,60,70 パッシベーション膜
極 18 ゲートバルブ 19 ロードロック室 20 ウェーハカセット 21 搬送用ロボット 22 ヒーター 23 排気口 24 ガス供給口 25,27,29 低周波電源 26,28,30 高周波電源 40,50,60,70 パッシベーション膜
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板上に、膜の緻密の程度を交互
に変えて複数層に重ねてパッシベーション膜を形成する
に際して、同一反応室内に、密の膜を形成するためのパ
ワーを印加した第1の電極と疎の膜を形成するためのパ
ワーを印加した第2の電極とを交互に配列しておき、前
記密の膜と前記疎の膜を交互に連続的に形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記パッシベーション膜はシリコンナイ
トライド膜もしくはシリコンオキシナイトライド膜であ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
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