JP2930661B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、詳しくはプ
ラズマCVD膜を有するパッシベーション膜等を形成する
半導体装置の製造方法に関する。
<従来の技術> 現在、IC等半導体装置のパッシベーション膜として、
プラズマCVDによるシリコン窒化膜(以下P−SiN膜と記
す)が広く用いられている。しかしこのP−SiN膜は、
大きな圧縮応力を持つ為、単独でパッシベーション膜と
すると、アルミニウム配線にAlスライドやストレスマイ
グレーションを引き起こす。そこで通常は、P−SiN膜
の下層に、引張応力を持つ、常圧CVDによるPSG膜(以下
AP−PSG膜を記す)を設け、P−SiN膜の大きな圧縮応力
を緩和させる様にしている。
従来、半導体装置を形成したウエハ上に上記P−SiN/
AP−PSGの二層膜から成るパッシベーション膜を形成す
るには、先ず常圧CVD装置でAP−PSG膜を生成させ、その
後そのウエハをプラズマCVD装置へ移してP−SiN膜を生
成させていた。
従来のプラズマCVD装置としては、例えば第2図の概
略構成図に示した様な、チャンバー31で囲まれた反応室
32内に電極33とサセプタ34とを対向配置した平行平板型
と呼ばれるものがある。上記サセプタ34には、ヒータ35
が内蔵されるとともに、中心軸上にはガス供給管36が設
けられている。又電極33とサセプタ34間には、RF(高周
波)電源37が接続されている。
上記構成の装置を用いた製造方法としては、まずサセ
プタ34上に複数のウエハWを載置した後、ガス供給管36
から反応室32内に生成ガスとして、例えばSiH4とN2Oと
の混合ガスを1Torr程度の圧力で導入する。そしてヒー
タ35によりウエハWの温度を300℃〜400℃とした状態
で、RF電源37によりRFパワーを供給して生成ガスを活性
化すると、予めウエハW上に形成されたAP−PSG膜の上
にP−SiN膜が生成する。
<発明が解決しようとする課題> 第3図の特性図は、五種類の膜、つまりAP−PSG単層
膜(実線I),吸湿AP−PSG単層膜(破線II),P−SiN単
層膜(実線III),P−SiN/AP−PSG二層膜(実線IV),P−
SiN/吸湿AP−PSG二層膜(破線V)を夫々シリコンウエ
ハ上に形成した試料を、室温から400℃まで一定の速さ
で昇温し、400℃で60分間保持した後、再び室温まで一
定の速さで降温した時の膜応力を測定して得られたもの
である。ここで、吸湿AP−PSG単層膜、及びP−SiN/吸
湿AP−PSG二層膜については、AP−PSG膜生成後、ウエハ
を121℃、2.1気圧、湿度100%中に放置してそのAP−PSG
膜に水分を吸収させる処理を行っている。
この特性図に示される様に、上記二種類の二層膜(実
線IV,破線V)の圧縮応力(負の膜応力)は、室温では
P−SiN単層膜(実線III)に比べて大幅に軽減されてい
るにもかかわらず、300℃を越えると急激に増加し、400
℃保持中にP−SiN単層膜より大きくなっている。
更に上記二種類の二層膜の高温での圧縮応力を比較す
ると、吸湿させたAP−PSG膜を有する二層膜の方が大き
く増加している。別の実験によれば、この高温での圧縮
応力の増加は、AP−PSG膜中の水分量に依存し、膜中水
分が多いほど大きく、又このAP−PSG膜は、大気中に配
置すると短時間で吸湿し、膜中に多量の水分を含むこと
が確認される。
上述の如くP−SiN/AP−PSG二層膜から成るパッシベ
ーション膜を形成するには、常圧CVD装置でAP−PSG膜を
生成させたウエハをプラズマCVD装置へ移してP−SIN膜
を生成させる。その為、AP−PSG膜は搬送中に大気にさ
らされ、大気中の水分を吸収する。しかも室温に戻され
ることから、一層吸湿し易くなる。
斯かる上述のプラズマCVD装置では、AP−PSG膜を吸湿
した状態のまま反応室32に入れて、その上にP−SiN膜
を生成させることになり、吸湿したAP−PSG膜を有する
パッシベーション膜が形成されてしまう。すると上記特
性図の説明の様に、ファイナルアニール等の高温処理の
際にそのパッシベーション膜の圧縮応力が大きく増加
し、その結果、Alボルトを発生させるという問題が起こ
る。
本発明は、この問題を解決すべく、AP−PSG膜を生成
させたウエハを反応室に入れる前にそのAP−PSG膜を予
備加熱することにより、吸湿していないAP−PSG膜を有
するパッシベーション膜を形成する半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明の半導体装置の製造方法は、常圧CVD膜を主表
面上に形成した半導体基板を、予備加熱した水分を除去
した後、大気にさらすことなく常圧CVD膜上にプラズマC
VD膜を形成する工程を有することを特徴としている。
<作用> 上記半導体装置の製造方法によれば、常圧CVD膜を主
表面上に形成した半導体基板を、予備加熱して水分を除
去した後、大気にさらすことなく常圧CVD膜上にプラズ
マCVD膜を形成することにより、そのプラズマCVD膜が成
膜される常圧CVD膜は乾燥される。乾燥された常圧CVD膜
上にプラズマCVD膜が形成されることから、常圧CVD膜の
応力緩和作用が有効に働く。
<実施例> 以下、図面に基づいて本発明の半導体装置の製造方法
を説明する。
まず、本発明に係る半導体装置の製造方法に用いるプ
ラズマCVD装置の一例を第1図の概略構成図によって説
明する。
図に示す様にこのプラズマCVD装置では、第一のチャ
ンバー1で囲まれた反応室2に隣接して、第二のチャン
バー3で囲まれた乾燥処理室4が設けられている。その
反応室2と乾燥処理室4とは、両チャンバー1,3間に設
けられた搬送孔5で連通するとともに、その搬送孔5に
設けられた搬送用気密ドア6で仕切られる様になってい
る。
上記反応室2には、通常の平行平板型プラズマCVD装
置と同様に、電極7と、ヒータ8を組込んだサセプタ9
とが上下に対向配置され、その電極7とサセプタ9とに
はRF(高周波)電源10が接続されている。そしてチャン
バー1の上面にガス供給管11が接続され、チャンバー1
の底面の周辺部には図示せぬ真空ポンプに接続された排
気路12が連接されている。又このチャンバー1の側面に
は、排気用気密ドア13が設けられている。
一方、上記乾燥処理室4には、マイクロ波照射装置14
と、ヒータ15を組込んだウエハステージ16とが上下に対
向配置されている。マイクロ波照射装置14は、発振器14
aで発振させた周波数2.45GHzのマイクロ波の導波管14b
により乾燥処理室4へ導き、ウエハステージ16上のウエ
ハWの上面に照射するもので、チャンバー3の上面から
突出した状態で設置されている。その導波管14bの先端
には、発振器14aと乾燥処理室4とを隔絶する為に、マ
イクロ波が透過し得る石英窓41cが取付けられている。
又乾燥処理室4内の排気を行う為に、チャンバー3の
底面の周辺部には、真空ポンプ17に接続された排気路18
が連接されている。
更に乾燥処理室4内には、ウエハステージ16上のウエ
ハWを、搬送孔5を通して反応室2へ搬送するロボット
ハンド19が設けられている。
その他この乾燥処理室4を囲むチャンバー3の上部
に、開閉バルブ20を介在させた給気管21が接続されると
ともに、チャンバー3の側面には搬入用気密ドア22が設
けられている。
次に、上記構成のプラズマCVD装置を用いて本発明に
係わる半導体装置の製造方法の実施例として、P−SiN/
AP−PSG二層膜から成るパッシベーション膜のP−SiN膜
を生成させる方法を説明する。
先ず搬送用気密ドア6と搬入用気密ドア22とを閉じた
状態で、吸気管21から第一の処理室となる乾燥処理室4
へN2等の不活性ガスを導入すると同時に、真空ポンプ17
で排気路18から排気することにより、乾燥処理室4内を
換気し、且つ大気圧に保つ。
次いで搬入用気密ドア22を開き、前工程で上面にAP−
PSG膜を生成させた一枚のウエハWを乾燥処理室4へ搬
入して、ウエハステージ16上に載置する。その後、搬入
用気密ドア22と開閉バルブ20を閉じ、排気を行って乾燥
処理室4内を1Torr以下の低圧状態とする。
そして真空ポンプ17による排気を続けた状態で、マイ
クロ波照射装置14によりウエハステージ16上のウエハW
の上面にマイクロ波を照射するとともに、ウエハステー
ジ16内のヒータ15によりウエハWを200℃〜300℃にまで
予備加熱する。
上記マイクロ波の照射により、ウエハW上のAP−PSG
膜の表面に付着した水分はもちろん、その膜中に含まれ
た水分の加熱された蒸発し、真空ポンプ17により排気路
18から乾燥処理室4外へ排出される。更にヒータ15の加
熱によって、このAP−PSG膜からの水分蒸発の効率が向
上する。この様にして、乾燥処理室4で、ウエハW上の
AP−PSG膜に対し予備加熱による乾燥処理が施されるこ
とになる。
上記乾燥処理室4での乾燥処理の間に、その隣に在っ
て第二の処理室となる反応室2内についても、排出用気
密ドア13を閉じ、N2等の不活性ガスをガス供給管11から
供給するとともに排気路12から排気して換気することに
より水分を除去し、更にこの反応室2内の圧力を、乾燥
処理室4と同様に1Torr以下に調整しておく。
そして上記乾燥処理室4での乾燥処理を充分に行った
後、搬送用気密ドア6を開け、ロボットハンド19により
ウエハWを、搬送孔5を通して反応室2へ搬送し、サセ
プタ9上に載置する。続いてロボットハンド19を乾燥処
理室4へ戻すとともに搬送用気密ドア6を閉じる。
この後は反応室2において通常のプラズマCVDを行う
ことになる。即ち、ガス供給管11からSiH4,N2Oの混合ガ
スからなる生成ガスを供給するとともに、排気路12から
の排気量を調整してその生成ガスの圧力を1Torr程度に
保ち、この状態でRF電源10からRFパワーを供給する。す
ると生成ガスが活性化されてプラズマCVDが行われ、ウ
エハW上のAP−PSG膜の上にP−SiN膜が生成する。その
際、ヒータ8により、予備加熱の温度よりも高い温度に
ウエハWを加熱する。これでP−SiN/AP−PSG膜の二層
膜から成るパッシベーション膜が形成されることにな
る。このような二層膜では、引張応力を持つAP−PSG膜
によりP−SiN膜の大きな圧縮応力が緩和される。
P−SiN膜が所定の厚さに生成した後、RFパワー及び
生成ガスの供給を停止し、排気量を上げて残留生成ガス
を充分に排気する。続いてN2をガス供給管11から供給す
るとともに給気路12から排気することにより反応室2内
を換気し、且つ大気圧とする。そして排出用気密ドア13
を開け、パッシベーション膜の形成されたウエハWを搬
出する。
上述の様に本発明に係る半導体装置の製造方法では、
乾燥処理室4でAP−PSG膜の乾燥処理を行い、しかもそ
のAP−PSG膜を大気にさらすことなくウエハWを反応室
2へ搬送してP−SiN膜の生成を行う為、吸湿していな
いAP−PSG膜を有するパッシベーション膜を生成するこ
とができる。
尚、本発明に係るプラズマCVD装置の構成について
は、上記実施例に限るものではなく、例えばウエハステ
ージ16上及びサセプタ9上に複数枚のウエハWを載置し
て処理する様に構成することも可能である。
又このプラズマCVD装置は、P−SiN/AP−PSG二層膜か
ら成るパッシベーション膜だけでなく、種々の多層膜を
形成する場合にも適用し得ることは言うまでもない。
<発明の効果> 以上述べた様に本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、水分が除去されて吸湿していないAP−PSG膜を有す
るパッシベーション膜を形成することができる。
即ち、本発明の半導体装置の製造方法で形成したP−
SiN/AP−PSG二層膜から成るパッシベーション膜では、
ファイナルアニール等の高温処理においても、AP−PSG
膜の水分が除去されているので、AP−PSG膜の応力緩和
作用が有効に働くことにより圧縮応力が小さく抑えら
れ、その結果Alボンドの発生が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に係わる装置の概略構成図、 第2図は、従来例の係わる装置の概略構成図、 第3図は、温度対膜応力の特性図である。 2……反応室,4……乾燥処理室, 5……搬送孔,6……搬送用気密ドア, 14……マイクロ波処理装置,16……ウエハステージ, 17……真空ポンプ,18……排気路, 19……ロボットハンド。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】常圧CVD膜を主表面上に形成した半導体基
    板を、予備加熱した水分を除去した後、大気にさらすこ
    となく前記常圧CVD膜上にプラズマCVD膜を形成する工程
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記常圧CVD膜はPSG膜であり、前記プラズ
    マCVD膜はシリコン窒化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。
  3. 【請求項3】前記予備加熱の温度を200℃〜300℃とし、
    該予備加熱より高温で前記プラズマCVD膜を形成するこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体装置
    の製造方法。
  4. 【請求項4】前記予備加熱を第一の処理室で行い、前記
    プラズマCVD膜の形成を第二の処理室で行うことを特徴
    とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半
    導体装置の製造方法。
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