JP3043083B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JP3043083B2 JP3043083B2 JP3048167A JP4816791A JP3043083B2 JP 3043083 B2 JP3043083 B2 JP 3043083B2 JP 3048167 A JP3048167 A JP 3048167A JP 4816791 A JP4816791 A JP 4816791A JP 3043083 B2 JP3043083 B2 JP 3043083B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子における
最終保護膜P−SiNの形成方法に関するものである。
最終保護膜P−SiNの形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術の説明に当たって、先ず参考
文献をあげておく。
文献をあげておく。
【0003】1)1990IEEE/IRPS(199
0)(米)p.221−229 2)沖電気研究開発、55(1)[137](昭和63
−1)p.69−74 3)J.Appl.Phys.49(4)(1978−
4)p.2473−2477 4)昭和58年秋季応用物理学会予稿集(昭58−9)
27a−O−8、p.450 以下、上記文献を引用しながら従来の技術を説明する。
0)(米)p.221−229 2)沖電気研究開発、55(1)[137](昭和63
−1)p.69−74 3)J.Appl.Phys.49(4)(1978−
4)p.2473−2477 4)昭和58年秋季応用物理学会予稿集(昭58−9)
27a−O−8、p.450 以下、上記文献を引用しながら従来の技術を説明する。
【0004】従来、半導体素子の最終保護膜の形成にお
いては、SiH4 ガス、NH3 ガス、N2 ガスを原料と
したプラズマCV−Dシリコン窒化膜(以下P−Si
N)が広く用いられている。
いては、SiH4 ガス、NH3 ガス、N2 ガスを原料と
したプラズマCV−Dシリコン窒化膜(以下P−Si
N)が広く用いられている。
【0005】P−SiNの最終保護膜は、半導体素子の
実装(パッケージング)を行うにあたって、材料が安価
であるモールドパッケージを使用することが多く、この
モールドパッケージが水分等の侵入に対して、非常に弱
いため必須の膜である。
実装(パッケージング)を行うにあたって、材料が安価
であるモールドパッケージを使用することが多く、この
モールドパッケージが水分等の侵入に対して、非常に弱
いため必須の膜である。
【0006】しかしながら、前記文献1)に開示されるよ
うに、P−SiNは膜ストレスを持っているために、半
導体素子に通常用いられるAl系合金配線のストレスマ
イグレーション劣化、不良を加速する。そこで、従来は
P−SiNの成膜条件設定にあたっては、前記文献1)に
開示されるように、P−SiNの成膜時の膜ストレス
(Intrinsic Stress)と成膜温度から
室温までに温度が下がることによって発生する熱ストレ
ス(Thermal Stress)を制御しなければ
ならないことが明らかにされており、最終保護膜成膜条
件設定は上記Intrinsic StressとTh
ermal Stressを留意して行うことになる。
うに、P−SiNは膜ストレスを持っているために、半
導体素子に通常用いられるAl系合金配線のストレスマ
イグレーション劣化、不良を加速する。そこで、従来は
P−SiNの成膜条件設定にあたっては、前記文献1)に
開示されるように、P−SiNの成膜時の膜ストレス
(Intrinsic Stress)と成膜温度から
室温までに温度が下がることによって発生する熱ストレ
ス(Thermal Stress)を制御しなければ
ならないことが明らかにされており、最終保護膜成膜条
件設定は上記Intrinsic StressとTh
ermal Stressを留意して行うことになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最終保
護膜P−SiNは、図5に示すように最終保護膜形成
後、熱処理を加えると、大きな非弾性挙動を示すことが
ある。
護膜P−SiNは、図5に示すように最終保護膜形成
後、熱処理を加えると、大きな非弾性挙動を示すことが
ある。
【0008】図5において、A膜は、温度上昇時と温度
下降時において、各温度における膜ストレスは、あまり
変化しておらず、ほぼ弾性体としての挙動を示してい
る。
下降時において、各温度における膜ストレスは、あまり
変化しておらず、ほぼ弾性体としての挙動を示してい
る。
【0009】しかしB、Cは温度上昇時300℃以上に
おいて、温度一定の状態でも膜ストレスはテンサイルス
トレス側(引っ張り応力側)に変化しており(特に、図
5のCの膜でのdの部分など顕著である)、その結果温
度を上昇させた後再び室温にもどした状態では、熱処理
前のストレスより1×109 dyne/cm2 以上テン
サイルストレス側に膜ストレスが変化する。即ち同図に
おいて、矢印の右方向(温度上昇)の線と左方向(温度
下降)の線との幅が広いほど前記膜ストレス変化が大き
いことを表している。このテンサイルストレス側への膜
ストレス変化という非弾性挙動は前記文献2)に示される
△a−△bの値を大きくさせるものであり、文献2)が示
すように最終保護膜形成後の熱処理によってAl欠損い
わゆるAl Voidが非常に発生しやすくなる。また
Al Voidが発生しなくても上述の非弾性挙動分の
P−SiN膜ストレス変化は△a−△bとなってAl配
線内に応力緩和されずに残ることになり、Al配線スト
レスマイグレーション劣化を加速する一要因となるので
ある。
おいて、温度一定の状態でも膜ストレスはテンサイルス
トレス側(引っ張り応力側)に変化しており(特に、図
5のCの膜でのdの部分など顕著である)、その結果温
度を上昇させた後再び室温にもどした状態では、熱処理
前のストレスより1×109 dyne/cm2 以上テン
サイルストレス側に膜ストレスが変化する。即ち同図に
おいて、矢印の右方向(温度上昇)の線と左方向(温度
下降)の線との幅が広いほど前記膜ストレス変化が大き
いことを表している。このテンサイルストレス側への膜
ストレス変化という非弾性挙動は前記文献2)に示される
△a−△bの値を大きくさせるものであり、文献2)が示
すように最終保護膜形成後の熱処理によってAl欠損い
わゆるAl Voidが非常に発生しやすくなる。また
Al Voidが発生しなくても上述の非弾性挙動分の
P−SiN膜ストレス変化は△a−△bとなってAl配
線内に応力緩和されずに残ることになり、Al配線スト
レスマイグレーション劣化を加速する一要因となるので
ある。
【0010】以上述べたように前記文献1)が示すInt
rinsic StressとThermal Str
essの2点だけに着目したP−SiN成膜条件設定を
行うと、その後の熱処理によって非弾性挙動を示しテン
サイルストレス側に膜ストレス変化を起こし、Al系合
金配線のストレスマイグレーション劣化を加速する。こ
の発明は、以上述べたP−SiNの熱処理による非弾性
挙動を押さえ、Al合金系配線のストレスマイグレーシ
ョン劣化を加速しないようにすることによって、より高
い配線信頼性を有する半導体素子提供することを目的と
する。
rinsic StressとThermal Str
essの2点だけに着目したP−SiN成膜条件設定を
行うと、その後の熱処理によって非弾性挙動を示しテン
サイルストレス側に膜ストレス変化を起こし、Al系合
金配線のストレスマイグレーション劣化を加速する。こ
の発明は、以上述べたP−SiNの熱処理による非弾性
挙動を押さえ、Al合金系配線のストレスマイグレーシ
ョン劣化を加速しないようにすることによって、より高
い配線信頼性を有する半導体素子提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は前述の課題の
解決のために、半導体素子の製造、特に最終保護膜形成
おいて、そのIntrinsic StressとTh
ermal Stressだけではなくその後の熱処理
において非弾性挙動を起こさないように形成条件を設定
するものである。
解決のために、半導体素子の製造、特に最終保護膜形成
おいて、そのIntrinsic StressとTh
ermal Stressだけではなくその後の熱処理
において非弾性挙動を起こさないように形成条件を設定
するものである。
【0012】非弾性挙動を押さえるには、最終保護膜P
−SiNの赤外吸収測定によるSiHの濃度低波数端波
数を高くするようにして膜質を制御するものである。
−SiNの赤外吸収測定によるSiHの濃度低波数端波
数を高くするようにして膜質を制御するものである。
【0013】
【作用】本発明は前述のように、最終保護膜形成時の条
件を後述するようにSi−H3 の存在とSi−H濃度を
低くし、かつ赤外吸収ピークの低波数端波数を高くする
条件で行うようにしたので、P−SiNの非弾性挙動に
よるテンサイルストレス側への膜ストレス変化の抑制が
でき、Al合金配線のストレスマイグレーション劣化を
起こさない。
件を後述するようにSi−H3 の存在とSi−H濃度を
低くし、かつ赤外吸収ピークの低波数端波数を高くする
条件で行うようにしたので、P−SiNの非弾性挙動に
よるテンサイルストレス側への膜ストレス変化の抑制が
でき、Al合金配線のストレスマイグレーション劣化を
起こさない。
【0014】
【実施例】図1は本発明の実施例による最終保護膜P−
SiNのストレス変化説明図であり、従来例の図5に対
応したものである。
SiNのストレス変化説明図であり、従来例の図5に対
応したものである。
【0015】同図から解るように、以下に述べる条件に
よりP−SiN膜を形成すれば、明らかに膜ストレスの
変化が抑制されている。従って広い範囲でIntrin
sic StressとThermal Stress
を制御できる。
よりP−SiN膜を形成すれば、明らかに膜ストレスの
変化が抑制されている。従って広い範囲でIntrin
sic StressとThermal Stress
を制御できる。
【0016】図2〜図4は前記図1の本実施例の裏付け
をするための図であり、以下順に説明する。
をするための図であり、以下順に説明する。
【0017】図2は、各種成膜条件によって成膜したP
−SiNのSi−H濃度と非弾性挙動による膜ストレス
変化を示したものである。縦軸は膜ストレス変化であ
り、数字の負の符号はテンサイルストレス側での変化を
示している。横軸はSi−H濃度であり、前記文献3)の
方法によって測定したものであり、赤外吸収測定により
得た。
−SiNのSi−H濃度と非弾性挙動による膜ストレス
変化を示したものである。縦軸は膜ストレス変化であ
り、数字の負の符号はテンサイルストレス側での変化を
示している。横軸はSi−H濃度であり、前記文献3)の
方法によって測定したものであり、赤外吸収測定により
得た。
【0018】この図からわかるように、Si−H濃度が
10×1021cm-3以上のP−SiNにおいて非弾性挙
動による膜ストレス変化が急激に大きくなっている。
10×1021cm-3以上のP−SiNにおいて非弾性挙
動による膜ストレス変化が急激に大きくなっている。
【0019】図3は、熱処理前後のP−SiNの赤外吸
収スペクトルの差スペクトルを示したものである。熱処
理後のスペクトルから熱処理前のスペクトルを引いてお
り、正側のスペクトルピークはその吸収が示す結合が熱
処理により増加していることを示しており、負側のスペ
クトルピークは、減少していることを示す。実線が非弾
性挙動を起こす膜であり、破線が非弾性挙動を起こさな
い膜である。この図から分かるように2110cm-1付
近のピークが示す結合の減少が非弾性挙動を起こすこと
と密接に関係している。この2110cm-1付近のピー
クが示す結合は前記文献3)によれば、Si−H3 結合で
ある。
収スペクトルの差スペクトルを示したものである。熱処
理後のスペクトルから熱処理前のスペクトルを引いてお
り、正側のスペクトルピークはその吸収が示す結合が熱
処理により増加していることを示しており、負側のスペ
クトルピークは、減少していることを示す。実線が非弾
性挙動を起こす膜であり、破線が非弾性挙動を起こさな
い膜である。この図から分かるように2110cm-1付
近のピークが示す結合の減少が非弾性挙動を起こすこと
と密接に関係している。この2110cm-1付近のピー
クが示す結合は前記文献3)によれば、Si−H3 結合で
ある。
【0020】このSi−H3 結合の量を見るには、P−
SiNの赤外吸収スペクトルによって得られる2250
cm-1付近の吸収ピークの低波数端を見れば良い。この
2250cm-1付近のピークは文献3)が示すようにSi
−H3 結合、Si−H2 結合、Si−H結合の3つの結
合の吸収ピークが重なったものであり、Si−H3 結合
は低波数側に位置するのでSi−H3 の大小は、低波数
端の波数に反映される。
SiNの赤外吸収スペクトルによって得られる2250
cm-1付近の吸収ピークの低波数端を見れば良い。この
2250cm-1付近のピークは文献3)が示すようにSi
−H3 結合、Si−H2 結合、Si−H結合の3つの結
合の吸収ピークが重なったものであり、Si−H3 結合
は低波数側に位置するのでSi−H3 の大小は、低波数
端の波数に反映される。
【0021】図4は、上述のSi−Hnピークの低波数
端波数と非弾性挙動によるテンサイルストレス変化の関
係を示す。この図からわかるように、低波数端波数19
60cm-1以下で非弾性挙動のテンサイルストレス変化
が大きくなっている。
端波数と非弾性挙動によるテンサイルストレス変化の関
係を示す。この図からわかるように、低波数端波数19
60cm-1以下で非弾性挙動のテンサイルストレス変化
が大きくなっている。
【0022】以上述べたように、P−SiNの非弾性挙
動によるテンサイルストレス側の変化は、Si−H濃度
とSi−Hピーク低波数端波数を制御することにより無
くすことができる。Si−H濃度では10×1021cm
-1以下に、低波数端波数は1960cm-1以上になるよ
うにP−SiNを形成すれば良い。
動によるテンサイルストレス側の変化は、Si−H濃度
とSi−Hピーク低波数端波数を制御することにより無
くすことができる。Si−H濃度では10×1021cm
-1以下に、低波数端波数は1960cm-1以上になるよ
うにP−SiNを形成すれば良い。
【0023】例えば、電源周波数13.56MHzの高
周波放電によるプラズマCVD装置において、RF P
ower=400W、電極間距離=12.7mm、Si
H4 流量=140sccm、N2 流量=1500scc
m、NH3 流量=50sccm、圧力=5Torr、成
膜温度=400℃とすれば、室温の膜ストレス=1.7
×109 dyne/cm2 の圧縮応力でかつ非弾性挙動
の膜ストレス変化は0.3×109 dyne/cm2 以
下のP−SiNが得られる。
周波放電によるプラズマCVD装置において、RF P
ower=400W、電極間距離=12.7mm、Si
H4 流量=140sccm、N2 流量=1500scc
m、NH3 流量=50sccm、圧力=5Torr、成
膜温度=400℃とすれば、室温の膜ストレス=1.7
×109 dyne/cm2 の圧縮応力でかつ非弾性挙動
の膜ストレス変化は0.3×109 dyne/cm2 以
下のP−SiNが得られる。
【0024】また本実施例は、Intrinsic S
tressとThermal Stressの制御に、
必要以上に制限を加えるものではない。
tressとThermal Stressの制御に、
必要以上に制限を加えるものではない。
【0025】本実施例で示した、Si−H濃度10×1
021cm-3以下、低波数端波数1960cm-1以上と膜
質に制限を加えても図1に示し冒頭に述べたように、広
い範囲でIntrinsic StressとTher
mal Stressを制御できる。
021cm-3以下、低波数端波数1960cm-1以上と膜
質に制限を加えても図1に示し冒頭に述べたように、広
い範囲でIntrinsic StressとTher
mal Stressを制御できる。
【0026】Si−H量を低減し、Si−Hピーク低波
数端波数を高くするには、P−SiN成膜条件を変えれ
ば良い。例えば電源周波数13.56MHzである高周
波電源のプラズマCVD装置において成膜時圧力を高
くする、SiH4 /(NH3 +N2 )生成ガス流量比
を低くする電極間距離を広くする。のいずれでも達成
できる。なおかつ前記の条件の組合わせで、In
trinsic StressとThermal St
ressの制御も達成できる。
数端波数を高くするには、P−SiN成膜条件を変えれ
ば良い。例えば電源周波数13.56MHzである高周
波電源のプラズマCVD装置において成膜時圧力を高
くする、SiH4 /(NH3 +N2 )生成ガス流量比
を低くする電極間距離を広くする。のいずれでも達成
できる。なおかつ前記の条件の組合わせで、In
trinsic StressとThermal St
ressの制御も達成できる。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、P−SiNの非弾性挙動を誘起するSi−H3 の
存在と、Si−H濃度を低くすることと、赤外吸収ピー
クの低波数端波数を高くすることによって、膜を得るこ
とで、Si−H3 がない膜が得られるため、P−SiN
の非弾性挙動によるテンサイルストレス側への膜ストレ
ス変化を抑制でき、高い信頼性をもつAl合金系配線の
保護膜を有する半導体素子を提供できる。
れば、P−SiNの非弾性挙動を誘起するSi−H3 の
存在と、Si−H濃度を低くすることと、赤外吸収ピー
クの低波数端波数を高くすることによって、膜を得るこ
とで、Si−H3 がない膜が得られるため、P−SiN
の非弾性挙動によるテンサイルストレス側への膜ストレ
ス変化を抑制でき、高い信頼性をもつAl合金系配線の
保護膜を有する半導体素子を提供できる。
【図1】本発明の実施例によるP−SiN膜のストレス
変化図
変化図
【図2】P−SiNのSi−H濃度と膜ストレス変化関
係図
係図
【図3】P−SiNの熱処理前後の赤外吸収差スペクト
ル説明図
ル説明図
【図4】Si−Hピークの低波数端波数と膜ストレス変
化関係図
化関係図
【図5】従来法によるP−SiN膜のストレス変化図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/318
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体素子の製造における最終保護膜P
−SiN(プラズマCVDシリコン窒化膜)の形成に当
たって、(a)該P−SiNの赤外吸収スペクトルの2
250cm-1付近に出るSi−Hピークによって得られ
るSi−H濃度が、10×1021cm-3以下であるよう
にすることおよび、(b)前記P−SiNの前記Si−
Hピークの低波数端波数が、1960cm-1以上である
ようにすること、以上の条件で成膜することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3048167A JP3043083B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3048167A JP3043083B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04283928A JPH04283928A (ja) | 1992-10-08 |
JP3043083B2 true JP3043083B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=12795837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3048167A Expired - Fee Related JP3043083B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3043083B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5796227B2 (ja) | 2010-03-18 | 2015-10-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの運転停止方法 |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP3048167A patent/JP3043083B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04283928A (ja) | 1992-10-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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