JP3284719B2 - SiN系絶縁膜の形成方法 - Google Patents
SiN系絶縁膜の形成方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置にお
いてウェハの最終保護膜あるいは層間絶縁膜として用い
られるSiN系絶縁膜の形成方法に関する。
いてウェハの最終保護膜あるいは層間絶縁膜として用い
られるSiN系絶縁膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ウェハの最終保護膜、いわゆ
るパッシベーション膜には、SiN系絶縁膜が広く用い
られている。このSiN系絶縁膜を成膜するに際して
は、既に形成されたAl系配線等にダメージを与えない
ように、プラズマCVD法によって低温での成膜が行わ
れている。原料ガスとしては、従来、SiH4/NH3
混合ガス、SiH4/N2混合ガス等が用いられてき
た。
るパッシベーション膜には、SiN系絶縁膜が広く用い
られている。このSiN系絶縁膜を成膜するに際して
は、既に形成されたAl系配線等にダメージを与えない
ように、プラズマCVD法によって低温での成膜が行わ
れている。原料ガスとしては、従来、SiH4/NH3
混合ガス、SiH4/N2混合ガス等が用いられてき
た。
【0003】上述の方法により成膜されたSiN系絶縁
膜を図3に示す。Si基板1上にSiOx系層間絶縁膜
2およびAl系配線3が形成され、この上にSiN系絶
縁膜4が成膜されているが、ステップカバレージ(断差
被覆性)が悪いために、ボイド15が形成されてしまっ
ている。また、このようなSiN系絶縁膜4にはクラッ
クも発生しやすい。
膜を図3に示す。Si基板1上にSiOx系層間絶縁膜
2およびAl系配線3が形成され、この上にSiN系絶
縁膜4が成膜されているが、ステップカバレージ(断差
被覆性)が悪いために、ボイド15が形成されてしまっ
ている。また、このようなSiN系絶縁膜4にはクラッ
クも発生しやすい。
【0004】上記ステップカバレージを改善する方法と
しては、2周波法によってプラズマ状態を制御すること
が提案されている。これは、プラズマCVD装置の平行
平板電極において、ウェハを載置する側の電極には数百
kHzの低周波RF電圧を印加し、他の電極には13.
56MHzの高周波RF電圧を印加するものである。こ
れにより、低エネルギーのイオンボンバードメントを増
加させ、カバレージを向上させることが可能となる。
しては、2周波法によってプラズマ状態を制御すること
が提案されている。これは、プラズマCVD装置の平行
平板電極において、ウェハを載置する側の電極には数百
kHzの低周波RF電圧を印加し、他の電極には13.
56MHzの高周波RF電圧を印加するものである。こ
れにより、低エネルギーのイオンボンバードメントを増
加させ、カバレージを向上させることが可能となる。
【0005】しかし、この方法によっても、半導体装置
の微細化あるいは多層配線化に伴う基板の表面断差の増
大化には対応しきれず、コンフォーマル成膜を達成する
には至っていない。
の微細化あるいは多層配線化に伴う基板の表面断差の増
大化には対応しきれず、コンフォーマル成膜を達成する
には至っていない。
【0006】そこで、さらにカバレージに優れたSiN
系絶縁膜を成膜する方法として、原料ガスに有機Si化
合物を用いてCVDを行うことが提案された。ここで、
有機Si化合物とは、Si原子,N原子,C原子を主な
構成要素とし、Si−N結合を有する化合物である。こ
れを原料ガスとして成膜を行うと、Si−N結合を有す
るため効率よくSiN系絶縁膜を堆積させることが可能
となり、且つ、実際に半導体装置の微細化あるいは多層
配線化に伴う基板の表面断差の増大化に対応できるだけ
の優れたカバレージを有するSiN系絶縁膜が得られ
る。優れたカバレージが示される理由としては、成膜時
に生成される中間生成物が炭素成分を有するため、高分
子化されやすく流動性が高いためであると考えられてい
る。
系絶縁膜を成膜する方法として、原料ガスに有機Si化
合物を用いてCVDを行うことが提案された。ここで、
有機Si化合物とは、Si原子,N原子,C原子を主な
構成要素とし、Si−N結合を有する化合物である。こ
れを原料ガスとして成膜を行うと、Si−N結合を有す
るため効率よくSiN系絶縁膜を堆積させることが可能
となり、且つ、実際に半導体装置の微細化あるいは多層
配線化に伴う基板の表面断差の増大化に対応できるだけ
の優れたカバレージを有するSiN系絶縁膜が得られ
る。優れたカバレージが示される理由としては、成膜時
に生成される中間生成物が炭素成分を有するため、高分
子化されやすく流動性が高いためであると考えられてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記有機S
i化合物の主な構成原子の原子間結合エネルギーは、S
i−N結合が約440kJ/モル、Si−C結合は約4
35kJ/モル、C−N結合が約728kJ/モルであ
り、Si−N結合とSi−C結合とは近い結合エネルギ
ーを有する。これは、原料ガスとして有機Si化合物を
用いてSiN系絶縁膜を成膜させると、このSiN系絶
縁膜中には炭素成分が取り込まれやすいことを示してい
る。
i化合物の主な構成原子の原子間結合エネルギーは、S
i−N結合が約440kJ/モル、Si−C結合は約4
35kJ/モル、C−N結合が約728kJ/モルであ
り、Si−N結合とSi−C結合とは近い結合エネルギ
ーを有する。これは、原料ガスとして有機Si化合物を
用いてSiN系絶縁膜を成膜させると、このSiN系絶
縁膜中には炭素成分が取り込まれやすいことを示してい
る。
【0008】そして、炭素成分が大量に取り込まれたS
iN系絶縁膜は絶縁性が劣化している虞れがあり、これ
をパッシベーション膜および層間絶縁膜として適用する
と、半導体装置の信頼性を低下させることにもなりかね
ない。
iN系絶縁膜は絶縁性が劣化している虞れがあり、これ
をパッシベーション膜および層間絶縁膜として適用する
と、半導体装置の信頼性を低下させることにもなりかね
ない。
【0009】そこで、本発明はかかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、ステップカバレージに優れ、
且つ、炭素成分の含有量が抑えられたSiN系絶縁膜を
成膜できるSiN系絶縁膜の形成方法を提供することを
目的とする。
て提案されたものであり、ステップカバレージに優れ、
且つ、炭素成分の含有量が抑えられたSiN系絶縁膜を
成膜できるSiN系絶縁膜の形成方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、CVD法によ
り基板上にSiN系絶縁膜を形成するに際し、原料ガス
として、Si原子にアジド基と−NR2基(但し、Rは
炭素数1以上の炭化水素を示す)とが少なくとも1つず
つ結合されてなる有機Si化合物を用いるものである。
即ち、原料ガスである有機Si化合物は、下記の一般式
(2)に示されるような構造を有するものである。
り基板上にSiN系絶縁膜を形成するに際し、原料ガス
として、Si原子にアジド基と−NR2基(但し、Rは
炭素数1以上の炭化水素を示す)とが少なくとも1つず
つ結合されてなる有機Si化合物を用いるものである。
即ち、原料ガスである有機Si化合物は、下記の一般式
(2)に示されるような構造を有するものである。
【0011】 (NR2)4−y Si(N3)y (但し、yは1≦y≦3を満たす自然数であり、Rは炭
素数1以上の炭化水素基を示す。) ・・・(2) また、同一のSi原子に結合される置換基は、アジド基
と−NR2基のみである必要はなく、アジド基と炭素数
2以上の炭化水素基および−NR2基がそれぞれ同一の
Si原子に結合した構造の有機Si化合物であってもよ
い。即ち、原料ガスである有機Si化合物は、下記の一
般式(3)に示されるような構造を有するものである。
素数1以上の炭化水素基を示す。) ・・・(2) また、同一のSi原子に結合される置換基は、アジド基
と−NR2基のみである必要はなく、アジド基と炭素数
2以上の炭化水素基および−NR2基がそれぞれ同一の
Si原子に結合した構造の有機Si化合物であってもよ
い。即ち、原料ガスである有機Si化合物は、下記の一
般式(3)に示されるような構造を有するものである。
【0012】 (R' )q(NR2)rSi(N3)p (但し、p,q,rは、p+q+r=4、1≦p≦2、
1≦q≦2、1≦r≦2を満たす自然数であり、R' は
炭素数2以上の炭化水素基、Rは炭素数1以上の炭化水
素基を示す。) ・・・(3) なお、上記R,R' で示される炭化水素基の炭素骨格は
特に限定されず、飽和炭化水素であっても不飽和炭化水
素であってもよい。また、それぞれの場合について、直
鎖型,分枝型,環状の炭素骨格があるが、これらのいず
れであってもよい。
1≦q≦2、1≦r≦2を満たす自然数であり、R' は
炭素数2以上の炭化水素基、Rは炭素数1以上の炭化水
素基を示す。) ・・・(3) なお、上記R,R' で示される炭化水素基の炭素骨格は
特に限定されず、飽和炭化水素であっても不飽和炭化水
素であってもよい。また、それぞれの場合について、直
鎖型,分枝型,環状の炭素骨格があるが、これらのいず
れであってもよい。
【0013】また、上述のような有機Si化合物に、さ
らにNH3やN2を混合し、この混合ガスを原料ガスと
して用いてもよい。NH3やN2は炭素成分の還元剤と
して働くため、堆積したSiN系絶縁膜中の炭素成分を
引き抜き、SiN系絶縁膜中の炭素成分の含有量をさら
に低減させる。
らにNH3やN2を混合し、この混合ガスを原料ガスと
して用いてもよい。NH3やN2は炭素成分の還元剤と
して働くため、堆積したSiN系絶縁膜中の炭素成分を
引き抜き、SiN系絶縁膜中の炭素成分の含有量をさら
に低減させる。
【0014】そして、SiN系絶縁膜の成膜に際して
は、Al系配線等にダメージを与えないように低温での
処理が行えることが必要であり、このため、プラズマC
VDによる成膜が特に好適である。なお、成膜時には、
Si原子とアジド基との結合に比して、−NR2基とS
i原子との結合が優先的に切断されるように、条件を適
正化することが必要である。
は、Al系配線等にダメージを与えないように低温での
処理が行えることが必要であり、このため、プラズマC
VDによる成膜が特に好適である。なお、成膜時には、
Si原子とアジド基との結合に比して、−NR2基とS
i原子との結合が優先的に切断されるように、条件を適
正化することが必要である。
【0015】
【作用】Si原子にアジド基と−NR2基とがそれぞれ
少なくとも1つずつ結合した有機Si化合物を原料ガス
としてCVDを行うと、炭素成分の含有量の少ないSi
N系絶縁膜が成膜できるのは次のような理由による。
少なくとも1つずつ結合した有機Si化合物を原料ガス
としてCVDを行うと、炭素成分の含有量の少ないSi
N系絶縁膜が成膜できるのは次のような理由による。
【0016】C−N結合の結合エネルギーは約728k
J/モルと、やはりSi−C結合に比して大きい。この
ため、Si−N−Cなる結合においては、N−C結合よ
りSi−N結合の方が切断されやすい。即ち、上記有機
Si化合物において、−NR2基の内部のN−C結合よ
り、Si原子と−NR2基とのSi−N結合の方が切断
されやすい。
J/モルと、やはりSi−C結合に比して大きい。この
ため、Si−N−Cなる結合においては、N−C結合よ
りSi−N結合の方が切断されやすい。即ち、上記有機
Si化合物において、−NR2基の内部のN−C結合よ
り、Si原子と−NR2基とのSi−N結合の方が切断
されやすい。
【0017】したがって、CVD条件を適正化すること
によって、Si原子とアジド基とのSi−N結合を存続
させ、Si原子と−NR2基とのSi−C結合を優先的
に切断することが可能となる。
によって、Si原子とアジド基とのSi−N結合を存続
させ、Si原子と−NR2基とのSi−C結合を優先的
に切断することが可能となる。
【0018】もちろん、Si原子にアジド基と−NR2
基とがそれぞれ少なくとも1つずつ結合した有機Si化
合物を原料ガスとして用いた場合でも、成膜時には、中
間生成物が高分子重合体を形成するため流動性を有する
こととなる。このため、ステップカバレージに優れたS
iN系絶縁膜を成膜することができる。
基とがそれぞれ少なくとも1つずつ結合した有機Si化
合物を原料ガスとして用いた場合でも、成膜時には、中
間生成物が高分子重合体を形成するため流動性を有する
こととなる。このため、ステップカバレージに優れたS
iN系絶縁膜を成膜することができる。
【0019】また、有機Si化合物を原料ガスとした成
膜にプラズマCVD法を適用すると、低温による成膜が
可能であるため、既に形成されたAl系配線等にダメー
ジを与えることがない。また、RF電力等のプラズマの
放電条件を適正化することによって、有機Si化合物に
おいて上述したように所望の結合を優先的に切断し、所
望の結合を存続させることが可能となる。
膜にプラズマCVD法を適用すると、低温による成膜が
可能であるため、既に形成されたAl系配線等にダメー
ジを与えることがない。また、RF電力等のプラズマの
放電条件を適正化することによって、有機Si化合物に
おいて上述したように所望の結合を優先的に切断し、所
望の結合を存続させることが可能となる。
【0020】
【実施例】以下、本発明に係るSiN系絶縁膜の形成方
法を具体的な実施例を用いて説明する。ここでは、Al
系配線上のパッシベーション膜としてSiN系絶縁膜を
成膜した例について説明する。
法を具体的な実施例を用いて説明する。ここでは、Al
系配線上のパッシベーション膜としてSiN系絶縁膜を
成膜した例について説明する。
【0021】実施例1 本実施例では、原料ガスとして、ビスジメチルアミノシ
リルアジド[(CH3)2N]2Si(N3)2とNH
3との混合ガスを用いた。
リルアジド[(CH3)2N]2Si(N3)2とNH
3との混合ガスを用いた。
【0022】具体的には、図1に示すように、Si基板
1上にSiOx系層間絶縁膜2およびAl系配線3が形
成されたウェハに対して、以下の条件のプラズマCVD
によりSiN系絶縁膜を1μmなる膜厚に成膜した。
1上にSiOx系層間絶縁膜2およびAl系配線3が形
成されたウェハに対して、以下の条件のプラズマCVD
によりSiN系絶縁膜を1μmなる膜厚に成膜した。
【0023】 プラズマCVD条件 装置 : 平行平板型プラズマCVD装置 原料ガス : [(CH3)2N]Si(N3)2 100sccm NH3 50sccm RF電力 : 350W(13.56MHz)(上部電極に印加) 圧力 : 1200Pa ウェハ温度 : 200℃ 電極間距離 : 10mm 図2に示すように、上述のようにして成膜されたSiN
系絶縁膜4は、ボイドやクラックを有さない、ステップ
カバレージに優れたものであった。また、SiN系絶縁
膜4中に含有される炭素成分は抑制されていた。
系絶縁膜4は、ボイドやクラックを有さない、ステップ
カバレージに優れたものであった。また、SiN系絶縁
膜4中に含有される炭素成分は抑制されていた。
【0024】なお、良好なステップカバレージを達成で
きたのは、原料ガスを構成する有機Si化合物が−N
(CH3)2基を有するため、成膜時にプラズマ中で生
成する中間生成物が高分子重合体を形成し、優れた流動
性を示したからである。また、SiN系絶縁膜4中に含
有される炭素成分が少なかったのは、−N(CH3)2
基内のC−N結合が、−N(CH3)2基とSi原子と
のSi−N結合より強いため、−N(CH3)2基とS
i原子とのSi−N結合が優先的に切断されるからであ
る。また、原料ガスにはNH3が含有されていたため、
N原子による炭素成分の引き抜き効果が働き、SiN系
絶縁膜4中の炭素成分の含有量をさらに低減させること
ができた。
きたのは、原料ガスを構成する有機Si化合物が−N
(CH3)2基を有するため、成膜時にプラズマ中で生
成する中間生成物が高分子重合体を形成し、優れた流動
性を示したからである。また、SiN系絶縁膜4中に含
有される炭素成分が少なかったのは、−N(CH3)2
基内のC−N結合が、−N(CH3)2基とSi原子と
のSi−N結合より強いため、−N(CH3)2基とS
i原子とのSi−N結合が優先的に切断されるからであ
る。また、原料ガスにはNH3が含有されていたため、
N原子による炭素成分の引き抜き効果が働き、SiN系
絶縁膜4中の炭素成分の含有量をさらに低減させること
ができた。
【0025】続いて、下記の条件のアニール処理を行っ
た。 アニール条件 導入ガス : 上記原料ガスを3%H2含有N2ガスにて希釈したもの 8000sccm アニール時間 : 60分 圧力 : 大気圧 アニール温度 : 400℃ そして、上述のSiN系絶縁膜4が形成されたウェハに
対して腐蝕試験を行った。この腐蝕試験の条件を下記に
示す。
た。 アニール条件 導入ガス : 上記原料ガスを3%H2含有N2ガスにて希釈したもの 8000sccm アニール時間 : 60分 圧力 : 大気圧 アニール温度 : 400℃ そして、上述のSiN系絶縁膜4が形成されたウェハに
対して腐蝕試験を行った。この腐蝕試験の条件を下記に
示す。
【0026】 腐蝕試験条件塩酸濃度 : 5% 試験時間 : 5分 溶液温度 : 25℃ この腐蝕試験の結果、Al系配線3には腐蝕が見られな
かった。これより、上述のようにして形成されたSiN
系絶縁膜4は良好な耐水性,耐腐蝕性を示すものである
ことがわかった。
かった。これより、上述のようにして形成されたSiN
系絶縁膜4は良好な耐水性,耐腐蝕性を示すものである
ことがわかった。
【0027】以上のように、本実施例によって作製され
たSiN系絶縁膜4は、良好なカバレージを示し、且
つ、炭素成分の含有量が抑えられた、パッシベーション
膜として好適なものとなった。
たSiN系絶縁膜4は、良好なカバレージを示し、且
つ、炭素成分の含有量が抑えられた、パッシベーション
膜として好適なものとなった。
【0028】以上、本発明に係るSiN系絶縁膜の形成
方法を適用した例について説明したが、本発明は上述の
実施例に限定されるものではない。例えば、本発明を適
用してパッシベーション膜以外に層間絶縁膜を形成する
こともできる。また、SiN系絶縁膜を成膜するための
原料ガスとしては、Si原子にアジド基と−NR2基
(但し、Rは炭素数1以上の炭化水素を示す)とがそれ
ぞれ少なくとも1つずつ結合されてなる有機Si化合物
であればよい。あるいは、アジド基と炭素数2以上の炭
化水素基および−NR2基がそれぞれ同一のSi原子に
結合されてなる有機Si化合物であってもよく、実施例
に示したものに限定されない。このとき、SiN系絶縁
膜の成膜条件は適宜適正化すればよい。
方法を適用した例について説明したが、本発明は上述の
実施例に限定されるものではない。例えば、本発明を適
用してパッシベーション膜以外に層間絶縁膜を形成する
こともできる。また、SiN系絶縁膜を成膜するための
原料ガスとしては、Si原子にアジド基と−NR2基
(但し、Rは炭素数1以上の炭化水素を示す)とがそれ
ぞれ少なくとも1つずつ結合されてなる有機Si化合物
であればよい。あるいは、アジド基と炭素数2以上の炭
化水素基および−NR2基がそれぞれ同一のSi原子に
結合されてなる有機Si化合物であってもよく、実施例
に示したものに限定されない。このとき、SiN系絶縁
膜の成膜条件は適宜適正化すればよい。
【0029】なお、SiN系絶縁膜が形成されるウェハ
の構成においても特に限定されない。
の構成においても特に限定されない。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明を
適用すると、ステップカバレージに優れ、且つ、炭素成
分の含有量が低減されたSiN系絶縁膜が形成できる。
したがって、このSiN系絶縁膜は絶縁性が確保され、
耐水性、耐腐蝕性にも優れたものとなり、これをパッシ
ベーション膜あるいは層間絶縁膜として用いると、デバ
イス特性の劣化が防止された信頼性の高い半導体装置を
形成することができる。
適用すると、ステップカバレージに優れ、且つ、炭素成
分の含有量が低減されたSiN系絶縁膜が形成できる。
したがって、このSiN系絶縁膜は絶縁性が確保され、
耐水性、耐腐蝕性にも優れたものとなり、これをパッシ
ベーション膜あるいは層間絶縁膜として用いると、デバ
イス特性の劣化が防止された信頼性の高い半導体装置を
形成することができる。
【図1】本発明を適用して半導体装置を製造する工程を
示すものであり、Si基板上にSiOx系層間絶縁膜と
Al系配線が形成されたウェハの断面を示す模式図であ
る。
示すものであり、Si基板上にSiOx系層間絶縁膜と
Al系配線が形成されたウェハの断面を示す模式図であ
る。
【図2】図1のウェハに対してSiN系絶縁膜を成膜し
た状態を示す模式図である。
た状態を示す模式図である。
【図3】従来法によりSiN系絶縁膜が成膜されたウェ
ハの断面を示す模式図である。
ハの断面を示す模式図である。
1・・・Si基板、2・・・SiOx 系層間絶縁膜、3
・・・Al系配線、4・・・SiN系絶縁膜
・・・Al系配線、4・・・SiN系絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/205 H01L 21/31
Claims (2)
- 【請求項1】 CVD法により基板上にSiN系絶縁膜
を形成するに際し、原料ガスとして、Si原子にアジド
基と−NR2基(但し、Rは炭素数1以上の炭化水素基
を示す)とがそれぞれ少なくとも1つずつ結合されてな
る有機Si化合物を用いることを特徴とするSiN系絶
縁膜の形成方法。 - 【請求項2】 前記CVD法がプラズマCVDであるこ
とを特徴とする請求項1記載のSiN系絶縁膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33298293A JP3284719B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | SiN系絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33298293A JP3284719B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | SiN系絶縁膜の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07193062A JPH07193062A (ja) | 1995-07-28 |
JP3284719B2 true JP3284719B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=18260991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33298293A Expired - Fee Related JP3284719B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | SiN系絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3284719B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33298293A patent/JP3284719B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07193062A (ja) | 1995-07-28 |
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