JP3228981B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム系配線を有
し、耐湿性に優れたシリコン窒化膜を保護膜として有す
る半導体装置に関するものである。
し、耐湿性に優れたシリコン窒化膜を保護膜として有す
る半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路装置の保護膜としては、
ＳｉＯ2、ＰＳＧ、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ（シリコ
ンオキシナイトライド）などが用いられている。これら
の保護膜のうち、シリコン窒化膜が最も耐湿性に優れて
いることから、最終保護膜としては一般的にはシリコン
窒化膜が用いられている。シリコン窒化膜はプラズマＣ
ＶＤ法により形成するのが一般的である。プラズマＣＶ
Ｄシリコン窒化膜は圧縮応力をもっているために、直下
のメタル配線に悪影響を及ぼし、ストレスマイグレーシ
ョン耐性を劣化させることが指摘されている。
ＳｉＯ2、ＰＳＧ、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ（シリコ
ンオキシナイトライド）などが用いられている。これら
の保護膜のうち、シリコン窒化膜が最も耐湿性に優れて
いることから、最終保護膜としては一般的にはシリコン
窒化膜が用いられている。シリコン窒化膜はプラズマＣ
ＶＤ法により形成するのが一般的である。プラズマＣＶ
Ｄシリコン窒化膜は圧縮応力をもっているために、直下
のメタル配線に悪影響を及ぼし、ストレスマイグレーシ
ョン耐性を劣化させることが指摘されている。
【０００３】そこで、シリコン窒化膜の圧縮応力による
問題を解決する方法として、常温における応力のバラン
スを考慮して、圧縮応力膜と引張応力膜を組み合わせた
もの（特公平３−３２２１４号公報参照）や、応力の温
度変化を考慮して特定の温度範囲で圧縮応力を有するシ
リコン窒化膜と他のシリコン窒化膜を積層したもの（特
開昭６３−１１７４２９号公報参照）などが提案されて
いる。シリコン窒化膜は耐湿性においてＳｉＯ2膜やＰ
ＳＧ膜よりも優れているが、膜の応力が一般的に圧縮応
力であり、かつその絶対値が他の保護膜よりも高い。メ
タル配線としてアルミニウムやアルミニウムに僅かのシ
リコンなどを含有させたアルミニウム合金などの配線
（これらの配線を総称してアルミニウム配線という）が
使用されているが、シリコン窒化膜の応力によってアル
ミニウム配線にボイドが発生し、配線の信頼性を低下さ
せることが問題になっている。この応力を緩和するため
に、一般的にはメタル配線とシリコン窒化膜の間にＰＳ
Ｇ膜を介在させる構造をとっている。
問題を解決する方法として、常温における応力のバラン
スを考慮して、圧縮応力膜と引張応力膜を組み合わせた
もの（特公平３−３２２１４号公報参照）や、応力の温
度変化を考慮して特定の温度範囲で圧縮応力を有するシ
リコン窒化膜と他のシリコン窒化膜を積層したもの（特
開昭６３−１１７４２９号公報参照）などが提案されて
いる。シリコン窒化膜は耐湿性においてＳｉＯ2膜やＰ
ＳＧ膜よりも優れているが、膜の応力が一般的に圧縮応
力であり、かつその絶対値が他の保護膜よりも高い。メ
タル配線としてアルミニウムやアルミニウムに僅かのシ
リコンなどを含有させたアルミニウム合金などの配線
（これらの配線を総称してアルミニウム配線という）が
使用されているが、シリコン窒化膜の応力によってアル
ミニウム配線にボイドが発生し、配線の信頼性を低下さ
せることが問題になっている。この応力を緩和するため
に、一般的にはメタル配線とシリコン窒化膜の間にＰＳ
Ｇ膜を介在させる構造をとっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム配線にボ
イドが発生する過程を検討してみると、１.０×１０9〜
２.０×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2以下程度の圧縮応力をもつ
シリコン窒化膜では、アルミニウム配線上に堆積した直
後はアルミニウム配線にはボイドの発生はみられず、ボ
イドはその後のアニール処理などの熱処理の過程で発生
している。これは、熱処理によってシリコン窒化膜の応
力が変化し、更に圧縮応力側に働くことによってアルミ
ニウム配線にボイドが発生するものと考えられる。そこ
で、本発明は熱処理の過程におけるシリコン窒化膜の応
力がアルミニウム配線に作用しないようにして配線の信
頼性を高める保護膜の構造を提供することを目的とする
ものである。
イドが発生する過程を検討してみると、１.０×１０9〜
２.０×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2以下程度の圧縮応力をもつ
シリコン窒化膜では、アルミニウム配線上に堆積した直
後はアルミニウム配線にはボイドの発生はみられず、ボ
イドはその後のアニール処理などの熱処理の過程で発生
している。これは、熱処理によってシリコン窒化膜の応
力が変化し、更に圧縮応力側に働くことによってアルミ
ニウム配線にボイドが発生するものと考えられる。そこ
で、本発明は熱処理の過程におけるシリコン窒化膜の応
力がアルミニウム配線に作用しないようにして配線の信
頼性を高める保護膜の構造を提供することを目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、保護膜とし
て昇温過程の後に降温過程を含む熱処理による応力の絶
対値の変化が高い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつ
シリコン窒化膜と、前記熱処理による応力の絶対値の変
化が低い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシリコン
窒化膜との積層構造の保護膜を使用する。好ましい態様
では、その保護膜のシリコン窒化膜の組成は、Ｎ−Ｈ結
合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈで表現
すると、一方のシリコン窒化膜のＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが
０．１から０．３の間にあり、他方のシリコン窒化膜の
Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが２．０から２．５の間にある。本発
明のさらに他の態様では、上記の積層構造のシリコン窒
化膜とアルミニウム配線層との間にＰＳＧ膜が形成され
ている。
て昇温過程の後に降温過程を含む熱処理による応力の絶
対値の変化が高い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつ
シリコン窒化膜と、前記熱処理による応力の絶対値の変
化が低い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシリコン
窒化膜との積層構造の保護膜を使用する。好ましい態様
では、その保護膜のシリコン窒化膜の組成は、Ｎ−Ｈ結
合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈで表現
すると、一方のシリコン窒化膜のＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが
０．１から０．３の間にあり、他方のシリコン窒化膜の
Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが２．０から２．５の間にある。本発
明のさらに他の態様では、上記の積層構造のシリコン窒
化膜とアルミニウム配線層との間にＰＳＧ膜が形成され
ている。
【０００６】
【作用】昇温過程の後に降温過程を含む熱処理による応
力の絶対値の変化が高い方へ推移した後に元へ戻る特性
をもつシリコン窒化膜と、前記熱処理による応力の絶対
値の変化が低い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシ
リコン窒化膜とを積層すれば、熱処理時における応力の
変化が殆んどなくなり、熱処理によってアルミニウム配
線のボイドの発生を防止することができる。
力の絶対値の変化が高い方へ推移した後に元へ戻る特性
をもつシリコン窒化膜と、前記熱処理による応力の絶対
値の変化が低い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシ
リコン窒化膜とを積層すれば、熱処理時における応力の
変化が殆んどなくなり、熱処理によってアルミニウム配
線のボイドの発生を防止することができる。
【０００７】
【実施例】図１は一実施例を表わす。２はＭＯＳトラン
ジスタなどの素子が形成されたシリコン基板であり、そ
の表面には絶縁膜を介してアルミニウム配線４が形成さ
れ、基板２の所定の部分とコンタクトホールを介して接
続されている。アルミニウム配線４を被うように二層構
造のシリコン窒化膜６，８が保護膜として形成されてい
る。シリコン窒化膜６はＳｉ−Ｈ結合よりもＮ−Ｈ結合
の割合の方が多い窒素リッチなシリコン窒化膜であり、
Ｎ−Ｈ結合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−
Ｈで表現すると、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが０．１〜０．３の
間にある。シリコン窒化膜６は、昇温し、その後降温す
る熱処理、又は昇温し、高温の一定温度に保持した後降
温する熱処理の熱ストレスによって、応力の絶対値が高
い方へ推移して元へ戻るシリコン窒化膜である。シリコ
ン窒化膜８は逆にＳｉ−Ｈ結合の方がＮ−Ｈ結合よりも
多いシリコンリッチなシリコン窒化膜であり、Ｓｉ−Ｈ
／Ｎ−Ｈが２．０から２．５の間にある。シリコン窒化
膜８は、上記の熱処理による熱ストレスによって応力の
絶対値が低い方へ推移し、元へ戻る特性を有するもので
ある。
ジスタなどの素子が形成されたシリコン基板であり、そ
の表面には絶縁膜を介してアルミニウム配線４が形成さ
れ、基板２の所定の部分とコンタクトホールを介して接
続されている。アルミニウム配線４を被うように二層構
造のシリコン窒化膜６，８が保護膜として形成されてい
る。シリコン窒化膜６はＳｉ−Ｈ結合よりもＮ−Ｈ結合
の割合の方が多い窒素リッチなシリコン窒化膜であり、
Ｎ−Ｈ結合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−
Ｈで表現すると、Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが０．１〜０．３の
間にある。シリコン窒化膜６は、昇温し、その後降温す
る熱処理、又は昇温し、高温の一定温度に保持した後降
温する熱処理の熱ストレスによって、応力の絶対値が高
い方へ推移して元へ戻るシリコン窒化膜である。シリコ
ン窒化膜８は逆にＳｉ−Ｈ結合の方がＮ−Ｈ結合よりも
多いシリコンリッチなシリコン窒化膜であり、Ｓｉ−Ｈ
／Ｎ−Ｈが２．０から２．５の間にある。シリコン窒化
膜８は、上記の熱処理による熱ストレスによって応力の
絶対値が低い方へ推移し、元へ戻る特性を有するもので
ある。
【０００８】図２は第２の実施例を表わす。基板２上の
アルミニウム配線４上には、ＰＳＧ膜１０を介して図１
の実施例と同じ二層構造のシリコン窒化膜６，８が形成
されている。二層構造のシリコン窒化膜６，８は、実施
例では下層のシリコン窒化膜６が窒素リッチなシリコン
窒化膜であるが、実施例とは下層と上層を逆にした積層
構造としてもよい。ただし、下層のシリコン窒化膜６が
常温での応力の絶対値が低い方が望ましく、また熱スト
レス時の応力の変化量の少ない方が望ましい。
アルミニウム配線４上には、ＰＳＧ膜１０を介して図１
の実施例と同じ二層構造のシリコン窒化膜６，８が形成
されている。二層構造のシリコン窒化膜６，８は、実施
例では下層のシリコン窒化膜６が窒素リッチなシリコン
窒化膜であるが、実施例とは下層と上層を逆にした積層
構造としてもよい。ただし、下層のシリコン窒化膜６が
常温での応力の絶対値が低い方が望ましく、また熱スト
レス時の応力の変化量の少ない方が望ましい。
【０００９】図３は実施例と一層構造のシリコン窒化膜
の応力変化を示したものである。（Ａ）は図１の実施例
による二層構造のシリコン窒化膜６，８による熱処理時
の応力変化であり、（Ｂ）は一層のシリコン窒化膜の熱
処理時の応力変化である。縦軸の応力は両者で同じ目盛
で示しているので、本発明による（Ａ）の方が熱ストレ
スによる応力変化が少ない。
の応力変化を示したものである。（Ａ）は図１の実施例
による二層構造のシリコン窒化膜６，８による熱処理時
の応力変化であり、（Ｂ）は一層のシリコン窒化膜の熱
処理時の応力変化である。縦軸の応力は両者で同じ目盛
で示しているので、本発明による（Ａ）の方が熱ストレ
スによる応力変化が少ない。
【００１０】次に、図１の実施例の製造方法について説
明する。シリコン基板２上のアルミニウム配線４を通常
の写真製版とエッチングにより形成する。その後、プラ
ズマＣＶＤ法により反応ガスのアンモニア：シランの流
量比を約１：１に設定して窒素リッチなシリコン窒化膜
を堆積する。このシリコン窒化膜は昇温→降温又は昇温
→一定温度保持→降温の熱ストレスに対して応力の絶対
値が高い方へ推移した後、元へ戻るシリコン窒化膜であ
る。そのシリコン窒化膜６上に今度はシリコンリッチの
シリコン窒化膜を堆積するために、反応ガスのアンモニ
ア：シランの流量比を約１：３.０〜３.５に設定してシ
リコン窒化膜８を堆積する。このシリコン窒化膜８の屈
折率は約２.０である。
明する。シリコン基板２上のアルミニウム配線４を通常
の写真製版とエッチングにより形成する。その後、プラ
ズマＣＶＤ法により反応ガスのアンモニア：シランの流
量比を約１：１に設定して窒素リッチなシリコン窒化膜
を堆積する。このシリコン窒化膜は昇温→降温又は昇温
→一定温度保持→降温の熱ストレスに対して応力の絶対
値が高い方へ推移した後、元へ戻るシリコン窒化膜であ
る。そのシリコン窒化膜６上に今度はシリコンリッチの
シリコン窒化膜を堆積するために、反応ガスのアンモニ
ア：シランの流量比を約１：３.０〜３.５に設定してシ
リコン窒化膜８を堆積する。このシリコン窒化膜８の屈
折率は約２.０である。
【００１１】シリコン窒化膜６と８でシランとアンモニ
アの組成比を変えるには、同一チャンバ内で連続して処
理し、反応ガス流量成を変えるようにしてもよく、異な
るチャンバ又は異なるＣＶＤ装置でシリコン窒化膜６と
８を堆積してもよい。図２の実施例ではシリコン窒化膜
６，８を堆積する前に、従来のＣＶＤ法によるＰＳＧ膜
１０を堆積し、その後二層のシリコン窒化膜６，８を堆
積する。
アの組成比を変えるには、同一チャンバ内で連続して処
理し、反応ガス流量成を変えるようにしてもよく、異な
るチャンバ又は異なるＣＶＤ装置でシリコン窒化膜６と
８を堆積してもよい。図２の実施例ではシリコン窒化膜
６，８を堆積する前に、従来のＣＶＤ法によるＰＳＧ膜
１０を堆積し、その後二層のシリコン窒化膜６，８を堆
積する。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば保護膜を昇温過程の後に
降温過程を含む熱処理による応力の絶対値の変化が高い
方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシリコン窒化膜
と、前記熱処理による応力の絶対値の変化が低い方へ推
移した後に元へ戻る特性をもつシリコン窒化膜との積層
構造としたので、熱処理時の熱ストレスによる応力変化
が少なくなり、アルミニウム配線にボイドが発生するの
が防止される。
降温過程を含む熱処理による応力の絶対値の変化が高い
方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシリコン窒化膜
と、前記熱処理による応力の絶対値の変化が低い方へ推
移した後に元へ戻る特性をもつシリコン窒化膜との積層
構造としたので、熱処理時の熱ストレスによる応力変化
が少なくなり、アルミニウム配線にボイドが発生するの
が防止される。
【図１】一実施例を示す概略断面図である。
【図２】他の実施例を示す概略断面図である。
【図３】実施例と一層の保護膜との温度変化による応力
変化を示す図であり、（Ａ）は図１の実施例によるも
の、（Ｂ）は一層シリコン窒化膜によるものである。
変化を示す図であり、（Ａ）は図１の実施例によるも
の、（Ｂ）は一層シリコン窒化膜によるものである。
２ シリコン基板 ４ アルミニウム配線 ６ 下層シリコン窒化膜 ８ 上層シリコン窒化膜 １０ ＰＳＧ膜
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に設けられたアルミニウム
配線層上を被うように保護膜が設けられている半導体装
置において、前記保護膜は昇温過程の後に降温過程を含
む熱処理による応力の絶対値の変化が高い方へ推移した
後に元へ戻る特性をもつシリコン窒化膜と、前記熱処理
による応力の絶対値の変化が低い方へ推移した後に元へ
戻る特性をもつシリコン窒化膜との積層構造となってい
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 前記２層のシリコン窒化膜の組成は、Ｎ
−Ｈ結合に対するＳｉ−Ｈ結合の割合Ｓｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈ
で表現すると、一方のシリコン窒化膜のＳｉ−Ｈ／Ｎ−
Ｈが０．１から０．３の間にあり、他方のシリコン窒化
膜のＳｉ−Ｈ／Ｎ−Ｈが２．０から２．５の間にある請
求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 半導体基板上に設けられたアルミニウム
配線層上を被うように保護膜が設けられている半導体装
置において、前記保護膜はＰＳＧ膜にてなる下層膜と、
昇温過程の後に降温過程を含む熱処理による応力の絶対
値の変化が高い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシ
リコン窒化膜と、前記熱処理による応力の絶対値の変化
が低い方へ推移した後に元へ戻る特性をもつシリコン窒
化膜との積層構造の上層膜とからなることを特徴とする
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35224691A JP3228981B2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35224691A JP3228981B2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166802A JPH05166802A (ja) | 1993-07-02 |
| JP3228981B2 true JP3228981B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=18422756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35224691A Expired - Fee Related JP3228981B2 (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228981B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3045946B2 (ja) * | 1994-05-09 | 2000-05-29 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 半導体デバイスの製造方法 |
| JPH08195391A (ja) * | 1995-01-17 | 1996-07-30 | Nippondenso Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP3444815B2 (ja) * | 1999-06-03 | 2003-09-08 | 松下電器産業株式会社 | 高耐圧半導体装置およびその製造方法 |
| WO2007142239A1 (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | Nec Corporation | 半導体装置 |
| JP2008300678A (ja) * | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体素子の製造方法、及び半導体素子 |
| JP2012112984A (ja) * | 2009-02-25 | 2012-06-14 | Nec Corp | 光導波路、光導波回路およびその製造方法 |
| JP2018169435A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 | 光回路部品及び光回路部品の製造方法 |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP35224691A patent/JP3228981B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05166802A (ja) | 1993-07-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |