JPH01152631A

JPH01152631A - Ｓ１ｘＯｙＮｚ絶縁膜の形成方法

Info

Publication number: JPH01152631A
Application number: JP31176087A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Ogawa; 吉司小川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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５ｉＸＯｙＮｚ　（シリコンオキ
シナイトライド）絶縁膜の形成方法に関し、特に、良質
で、しかも生産性が高いＳｉ、Ｏ。

Ｎ２膜を気相成長（ＣＶＤ）させるＳｉ、Ｏ。

Ｎ２絶縁膜の形成方法に関する。

［従来の技術］半導体集積回路等の半導体装置において、半導体素子（
チップ）の表面保護膜又は多層配線間の眉間絶縁膜とし
ては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜、燐珪酸ガラス（Ｐ
ＳＧ）膜、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜又はＳｉｘＯ
ｙＮｚ膜等がある。

このＳｉＯ□膜及びＰＳＧ膜は誘電率が小さく絶縁性が
優れている反面、耐湿性が悪いという欠点がある。一方
、Ｓｉ３Ｎ４膜は耐湿性に関しては優れている一方、誘
電率が高く絶縁性も５ｉ０２膜又はＰＳＧ膜よりも劣る
という欠点を有している。

これに対し、Ｓ　Ｉ　Ｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ膜は５ｉ０２膜
とＳｉ３Ｎ４膜との中間的な膜質を有しており、適当な
組成比を選ぶことにより、耐湿性及び絶縁性が優れ、且
つ誘電率が小さい膜質を得ることができる。このような
背景の下で、近時、チップの表面保護膜又は配線間の眉
間絶縁膜として、５ｉ０２膜、ＰＳＧ膜又はＳｉ３Ｎ４
膜に替わり、３１　ｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ膜が注目されてお
り、その実用化が進められている。

このＳｉｘＯｙＮｚ膜は、従来モノシラン（ＳｉＨ４）
、亜酸化窒素（Ｎ２０）及びアンモニア（ＮＨ３）から
なる反応ガスをプラズマ中で反応させて堆積させるプラ
ズマＣＶＤ法により形成されている。

［発明が解決しようとする問題点コしかしながら、上述したプラズマＣＶＤ法による堆積に
よって３　ｉ　Ｘ　Ｏｙ　Ｎｚ膜を形成する従来方法に
おいては、基板表面がプラズマ中に曝されているために
、基板表面の半導体素子が高エネルギーの電子及び荷電
粒子による損傷を受けるという欠点がある。このような
損傷により、半導体素子の特性劣化又は破壊が生じ、こ
れが、製造歩留りの低下を招来している。

また、従来方法においては、堆積速度を２００人／分以
上に速くすることが困難であり、厚さが１μｍ以上の厚
いＳｉｘＯｙＮｚ膜を形成するためには長時間を要する
等、生産性が著しく低いという難点がある。

なお、通常の熱ＣＶＤ法により高堆積速度でＳｉｘＯｙ
Ｎｚ膜を形成する方法として、有機シラン、オゾン（ｏ
３）及びＮＨ３ガスを反応ガスとして使用する方法が試
みられた。しかしながら、有機シランとオゾンとの反応
性が高いために、Ｎ原子が膜中に取込まれにくく、Ｓｉ
、Ｏ，Ｎ、膜の組成比を所望のものに制御することが困
難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
所望の組成比のＳ　Ｉ　Ｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ膜を迅速に且
つ高歩留りで製造することができるＳ　Ｉ　Ｘ０ｙＮｚ
絶縁膜の製造方法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明に係るＳｉ、ＯｙＮ、絶縁膜の形成方法は、有機
シラン、オゾン及びアンモニアを含有する反応ガスを反
応容器内に導入し、反応容器中に配置された基板表面に
３００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射して、前記
基板表面上にＳｉつ０、Ｎ、膜を形成することを特徴と
する。

［作用コ本発明においては、有機シラン、ＯＳ及びＮＨ３ガスを
含有する反応ガスに対して、３００ｎｍ以下の波長を有
する紫外光を照射すると、ＮＨ３分子が光分解反応によ
りＮＨ２秦及びＮＨ”等の活性な分子に分解される。そ
して、これらの活性な分子が反応に寄与して所望の組成
比を有するシリコンオキシナイトライド膜（ＳｉＸＯ。

Ｎ２膜）が、基板又は半導体素子に対する損傷が少ない
光ＣＶＤ法により形成される。

［実施例］次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。第１図は本発明の第１の実施例により製造され
たＭＯ３型集積回路装置を示す断面図である。この実施
例は集積回路装置のチップの保護膜として３１　Ｘ　Ｏ
ｙ　Ｎ　ｚ膜を形成した場合のものである。シリコン基
板１上にＳｉＯ□膜２が形成されており、このＳｉＯ□
膜２上に多結晶シリコン層３がパターン形成されている
。多結晶シリコン層３上にはＰＳＧ膜４が全面に形成さ
れており、このＰＳＧ膜４上にアルミニウム配線５がパ
ターン形成されている。

そして、このアルミニウム配線５を覆うようにして、本
発明の実施例方法により、Ｓｉ、Ｏ。

Ｎ２膜６が全面に形成されている。このようにして形成
されたＳｉ、Ｏ，Ｎ、膜６は半導体チップの保護膜とし
て機能する。

第２図は本発明の実施例方法にて使用するＳｉｘＯｙＮ
ｚ膜の成膜装置を示す模式図である。

反応炉１０の内部は外界から気密的に隔離されており、
その側壁に設けた排気口１１には配管１３を介して排気
用ポンプ１２が連結されている。

また、排気口１１が設けられた側壁に対向する側壁には
反応ガス導入口１４が設けられており、この反応ガス導
入口１４には三叉の配管１５゜１６．１７が連結されて
いる。配管１５は有機シランガスの供給源に接続されて
おり、配管１６及び１７は夫々オゾン（０３）及びアン
モニア（ＮＨｓ　）ガスの供給源に接続されている。こ
れにより、各配管１５，１６．１７を介して、有機シラ
ン、オゾン及びアンモニの各原料ガスが反応炉１０内に
供給される。

反応炉１０の底部には被成膜物を載置するためのサセプ
タ１９が設置されている。半導体基板２０は、本実施例
の場合は、第１図に示すように、シリコン基板１上にア
ルミニウム配線５が形成されたものであり、この半導体
基板２０はサセプタ１９上にその成膜面を上方に向けて
複数個載置されている。サセプタ１９内にはヒータ１８
が設置されており、このヒータ１８により半導体基板２
０が所定の反応温度に加熱されるようになっている。

反応炉１０の天板には石英製の窓２１が嵌め込まれてお
り、この窓２１の上方には低圧水銀ランプ２２が設置さ
れている。この低圧水銀ランプ２２から発せられた紫外
光（紫外線）が石英製窓２１を介して反応炉１０内に導
入され、サセプタ１９上の半導体基板２０に紫外光が照
射される。

このように構成された成膜装置により、５１８０ｙＮ、
膜を形成する場合は、先ず、排気用ポンプ１２により反
応炉１０内を排気しつつ、各配管１５．１６．１７を介
して各原料ガスを反応炉１０内に所定の流量で供給する
。この反応ガスとしては、例えば、配管１５を介して有
機シランであるテトラエトキシシラン（ＴＥ０１）ガス
を２００ｃｃ／分の流量で反応炉１０内に導入し、配管
１６を介してオゾン（０３）ガスを１５０ＣＣ／分の流
量で反応炉１０内に導入し、更に、配管１７を介してＮ
Ｈ，ガスを３００ｃｃ／分の流量で反応炉１０内に導入
する。なお、これらの原料ガスのキャリアガスとして、
Ｎ２ガスを１０ＱＱｃｃ／分の流量で反応炉１０内に導
入する。

このように原料ガスを反応炉１０内に導入しつつ、低圧
水銀ランプ２２から波長が２５４ｎｍ及び１８５ｎｍの
紫外光を発光させ、この紫外光を゛石英製窓２１を介し
゛て反応炉１０内の半導体基板２０上に照射する。そし
て、半導体基板２０をヒータ１８により、例えば、３５
０℃に加熱して光ＣＶＤ法により反応させる。そうする
と、ＮＨ３分子が光分解反応によりＮＨ２”及びＮＨ＊
等の活性な分子に分解され、Ｓ　Ｉ　Ｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ
膜６（シリコンオキシナイトライド膜）が半導体基板２
０上に堆積する。これにより、Ｓｉ、Ｏ，Ｎ、膜６をア
ルミニウム配線５が形成されたシリコン基板１上に全面
に形成することができる。

例えば、上述の成膜条件によりＳｉ、ＯｙＮ。

膜６を成膜したところ、このＳｉ、Ｏ，Ｎ、膜６が２０
００人／分の堆積速度で成膜された。得られたＳｉｘＯ
ｙＮｚ膜６の組成比及び膜質はいずれも従来方法により
成膜されたＳｉ、Ｏ，Ｎｚ膜（Ｓｉ；４６原子％、Ｏ；
２４原子％、Ｎ；３０原子％）と略々間等であった。し
かも、従来方法の場合は、基板に対する損傷が問題にな
るのに対し、本実施例方法においては光ＣＶＤ法により
成膜するから、基板に対する損傷が少ない。

このようにして、アルミニウム配線５上にＳｉ、Ｏ，Ｎ
、膜６を形成した後、従来と同様にして残りの工程を実
施することにより、ＭＯＳ型集積回路装置を完成させる
。上述したように、チップの保護膜の形成工程に本発明
を適用した結果、半導体基板２０を損傷させることなく
、保護膜としてのＳｉｘＯｙＮｚ膜６を形成することが
できるため、製造歩留りが著しく向上する。更に、本実
施例方法においては、従来の堆積速度に比して１０倍以
上の堆積速度を有するため、成膜装置のスループットが
著しく向上する。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

この実施例は本発明を２層アルミニウム配線を有するＭ
ＯＳ型集積回路装置の眉間絶縁膜の形成に適用したもの
である。第３図はＭＯＳ型集積回路装置の２層目のアル
ミニウム配線を形成した後の半導体基板を示す断面図で
ある。シリコン基板３１上に５ｉ０２膜３２が形成され
、５ｉ０２膜３２上にＰＳＧ膜３３が形成された後、第
１のアルミニウム配線３４がパターン形成されている。

この第１のアルミニウム配線３４を覆うようにして、Ｓ
ｉ、Ｏ，Ｎ、膜３５が形成され、このＳ　Ｉ　Ｘ　Ｏｙ
　Ｎ　ｚ膜３５の表面の凹凸を埋めるようにしてその上
にポリイミド膜３６が形成されている。そして、この平
坦化されたポリイミド膜３６上には第２のアルミニウム
配線３７が形成されている。このようにして形成された
５ｉＸＯ，Ｎ２膜３５は第１及び第２のアルミニウム配
線３４゜３７の眉間絶縁膜として機能する。

次に、この５ｉＸＯｙＮｚ膜３５の形成方法について具
体的に説明する。形成手順自体は第１の実施例と同様で
あり、第２図に示す成膜装置を使用して同様の手順によ
りＳ　ｉｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ膜３５を光ＣＶＤ成長させれ
ばよい。成膜条件は、第１のアルミニウム配線３４の異
常突起の発生を抑制するために、例えば、成長温度を２
５０℃と低くした意思外は、第１の実施例において示し
た条件と同一である。成長温度を低下させたため、堆積
速度は５００人／分となり、第１の実施例の堆積速度よ
り減少するが、従来のものと同等の良好な膜質のＳｉ、
Ｏ，Ｎ、膜３５を第１のアルミニウム配線３４上に、異
常突起を発生させることなく、形成することができる。

これにより、第１のアルミニウム配線３４上に異常突起
が発生しないから、第１のアルミニウム配線３４と第２
のアルミニウム配線３７との間の絶縁耐圧の減少が防止
され、集積回路装置の信頼性の低下を回避することがで
きる。

ＳＬ、Ｏ，Ｎ、膜３５を形成した後、その表面が平坦に
なるようにポリイミド膜３６を形成し、更に、ポリイミ
ド膜３６上に第２のアルミニウム配線３７を形成する。

爾後の工程は、従来と同様であり、これによりＭＯＳ型
集積回路装置が完成される。

上述した各成膜条件により、実際に、層間絶縁膜Ｓｉ、
Ｏ，Ｎ、膜３５を形成したところ、半導体素子に損傷を
与えることなく高品質のＳｉｘＯｙＮｚ膜３５を形成す
ることができた。このため、製造歩留りが著しく向上す
る。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、半導体素子に損傷
を与えることなく所定組成のＳｉ、Ｏ。

Ｎ２膜を形成することができるので、半導体装置の製造
歩留りを著しく向上させることができると共に、堆積速
度を従来よりも極めて速くすることができるので、絶縁
膜形成装置のスルーブツトを向上させることができる等
、本発明は製造コストの低減化に著しい効果がある。

また、本発明方法を適用して製造された半導体装置にお
いては、Ｓ　ｌ　ｘ　Ｏｙ　Ｎ　ｚ膜が使用されている
ので、層間膜の耐湿性及び絶縁性が向上すると共に、誘
電率が小さくなる。このため、本発明は高速性及び信頼
性が優れた半導体装置を安定して得ることができるとい
う効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例方法によりＳｉｘＯｙＮ
ｚ膜が形成されたＭＯＳ型集積回路装置を示す断面図、
第２図はそのＳｉ、Ｏ，Ｎ。膜の成膜装置を示す模式図、第３図は本発明の第２の実
施例方法によりＳｉｘＯｙＮｚ膜が形成されたＭＯＳ型
集積回路装置を示す断面図である。１．３１．シリコン基板、２，３２；５ｉ０２膜、３；
多結晶シリコン層、４，３３．ＰＳＧ膜、５；アルミニ
ウム配線、６，３５；５ｉｘｔｙＮ２膜、１０；反応炉
、１１；排気口、１２；排気用ポンプ、１４；反応ガス
導入口、１５；有機シラン配管、１６；０３配管、１７
；ＮＨ９配管、１８；ヒーター、１９；サセプタ、２０
；半導体基板、２１；石英製窓、２２；低圧水銀ランプ
、３４；第１のアルミニウム配線、３６；ポリイミド膜
、３７；第２のアルミニウム配線

Claims

【特許請求の範囲】

　有機シラン、オゾン及びアンモニアを含有する反応ガ
スを反応容器内に導入し、反応容器中に配置された基板
表面に３００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射して
、前記基板表面上にＳｉ＿ｘＯ＿ｙＮ＿ｚ膜を形成する
ことを特徴とするＳｉ＿ｘＯ＿ｙＮ＿ｚ絶縁膜の形成方
法。