JPH02187030A - 半導体装置への保護膜の形成方法 - Google Patents

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、半導体装置の完成後、半導体装置表面に保護
膜である窒化シリコン膜を成長させる。

半導体装置への保護膜の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から窒化シリコン騰は、例えばアルカリイオンに対
し強い阻止能力があるので、ＬＳＩ表面の保護膜として
用いられている。

半導体装置表面への窒化シリコン膜の形成は、従来から
、モノシランとアンモニアとを用いてプラズマＣＶＤ法
によって行われている。

窒化シリコン膜は一般に圧縮応力を有するため、半導体
装置表面に直接窒化シリコン膜を形成すると、半導体装
置表面に形成された配線パターンの切断の虞がある。

そこで、引っ張り応力を有する例えばＰＳＧ（リンガラ
ス）を窒化シリコン膜と半導体装置表面との間に形成し
て、窒化シリコン膜の圧縮応力を緩和することにより配
線パターン切断の虞を無くしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例では、保護膜をＰＳＧと窒化
シリコンの組成の異なる二層構造としているために、製
造の途中でガスの組成を変更しなければならない結果、
製造工程が複雑となり、保護膜の製造に要する時間も長
くなると云う課題が生じていた。

そこでこの出願の発明は、製造効率が良好な状態で保護
膜を形成することが可能であり、さらにこのような保護
膜を形成しても半導体装置特性の劣化がない、半導体装
置への保護膜の形成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〕

上記目的を達成するために本発明は、半導体装置表面に
保護膜を形成してなる半導体装置への保護膜の形成方法
において、半導体装置の表面にＣＶＤ方法により、アン
モニアを用いることなく窒化シリコン膜を形成する第１
工程と、該第１工程で形成した窒化シリコン膜上にＣＶ
Ｄ方法により、アンモニアを用いて窒化シリコン膜を形
成する第２工程と、を有し、前記第１工程及び第２工程
で形成した窒化シリコン膜により前記保護膜を形成する
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

ＣＶＤ法により、半導体装置表面に保護膜である窒化シ
リコン膜を形成する際、ガス中のアンモニアの濃度が大
きくなるに従って、窒化シリコン膜の性質は圧縮応力か
ら引っ張り応力に変化する。

第１工程では、アンモニアが存在しない状態で窒化シリ
コン膜を形成しているため、この窒化シリコン膜は圧縮
応力を有する。

第２工程では、アンモニアが存在する状態で窒化シリコ
ン膜を形成しているため、この窒化シリコン膜は引っ張
り応力を有する。

従って、第１工程の窒化シリコン膜と第２工程の窒化シ
リコン膜とは、互いに応力を打ち消し合って、半導体装
置表面に形成された配線パターンの切断を防止し得る。

本発明において、保護膜を応力が無い状態で同じ組成の
窒化シリコン膜で形成できるため、ガス組成を変更する
必要が無い結果、保護膜製造の効率が良好となる。また
、アンモニアを使用すると得られるシリコン膜中には５
ｔ−Ｎの結合種の他に５ｉ−ＨやＮ−Ｈの結合種が発生
するために、その結合種のＨの存在が半導体装置の電気
的特性を劣化させる。所謂プラズマダメージ、例えばＶ
Ｈの変動やＬＯＣＯ３間のリークなどが大きくなる。し
かし、第１工程によってアンモニアが無い状態で製造さ
れる窒化シリコン膜を下層とすることにより、上記のよ
うなプラズマダメージがなく半導体装置の特性を劣化さ
せることもない。

〔実施例〕

次に本発明に係わる半導体装置への保護膜の形成方法の
一実施例について説明する。

第１図はこの実施例によって保護膜が形成される過程を
示す、半導体装置の断面構成図であり、第２図は半導体
装置表面に保護膜を形成するための枚葉式プラズマＣＶ
Ｄ装置の断面構成図である。

第１図（１）の工程で示される半導体装置は、保護膜が
形成される前のｐチャネル間Ｏ３である。

第１図（１）において、１はＮ型Ｓｌ基板を示し、２は
Ｐ型拡散層を示し、３はシリコン酸化膜を示し、４はポ
リシリコン・ゲート層を示し、５はドレインＡ１配線を
示し、６はソースＡ１配線を示し、７はゲート酸化膜を
示し、８はゲートＡｌ配線を示す。

このような構成を有するウェハを第２図に示す枚葉式プ
ラズマＣＶＤ装置２０に搬入して、表面に窒化シリコン
からなる保護膜を形成する。

第２図において、２１は上部電極、２２はこの上部電極
に対向して配置された下部電極を示す。

この上部電極２１の下部電極２２側は、スリット状に形
成されており、図示しないガス源から、反応ガスとキア
リアガス２５とがガス供給部２４を介してスリットを通
過し、下部電極２２上に載置されたウェハ２３（第１図
（１）に示すｐチャネル間Ｏ３を表面に具備する）に達
する。

そして、２６は上部電極または下部電極を絶縁する絶縁
体、２７はガス排出部、２８は下部電極に隣設されたヒ
ータを示す。

上部電極２１には、図示しないＲＦ電源が接続されてお
り、上部電極２１と下部電極２２との間でプラズマを発
生させて、第１図（１）で示すｐチャネルＭＯ３上に窒
化シリコンからなる保護膜を形成する。

先ず第２図のＣＶＤ装置の稼動の初期条件を次のように
する。

ヒータ２８による加熱温度を２００−４００℃とし、装
置内圧力をＩＴｏｒｒ前後とし、発振周波数を１３．５
６ＭＨｚとする。

次いで下部電極２２上に第１図（１）のウェハを載置し
、電源の大きさ２〜３ＫＷとし、図示しないガス源から
、反応ガスであるシラン（ＳｉＨ４）とキアリアガスで
ある窒素（Ｎ２）を装置内に供給する。

この時のガス流量は、シランが４０〜１００ＣＣ／分で
あり、窒素が１５００〜２３００　ｃ　ｃ／分とした。

また、シラン及び窒素共に１００％濃度のものを使用し
た。

この状態で２０分程度経過すると、第１図（２）に示す
ようにｐチャネルＭＯ３表面に、下記（１）の反応式に
基づいて、下層窒化シリコン膜９が形成される。

３　Ｓ　ｉ　Ｈ４＋　２　Ｎｚ→Ｓ　ｉ　３Ｎ４＋　６
　Ｈｚ　　　・・−・・−・（１）この時、電源電圧の
パワーは２〜３ＫＷとの如く高いレベルにあるため、ガ
スの分解効率が向上し製膜速度が大きくなる。従って、
ｐチャネル間Ｏ８表面に窒化シリコン膜９を形成するこ
とが可能となる。

窒化シリコン膜９を形成するする際、ガス中にアンモニ
アが含まれていないため、第３図のアンモニアとシラン
の流量比と窒化シリコン膜の応力との関係図に示される
ように、窒化シリコンＷｉ４９の内部応力は圧縮応力と
なる。尚、条件にもよるが、下層窒化シリコン膜９の圧
縮応力を４〜８×１０”ｄｙｎｅ／ｃｍ”の範囲内で制
御することができる。

保護膜が窒化シリコン膜９のみであると、ｐチャネルＭ
Ｏ３表面のＡｔ配線６〜８に窒化シリコン膜９の応力が
かかり、Ａ１配線の切断の虞がある。そこで、窒化シリ
コン膜９の応力を打ち消す。

引っ張り応力を有する上層窒化シリコン膜１０を第１図
（３）に示す如く、下層窒化シリコン膜９の上に積層形
成する。

上層窒化シリコン膜ｌＯの形成については、電源の大き
さを先の２／３程度とし、シラン流量に対して約６倍量
の１００％濃度アンモニアをガス中に混入し、次の（２
）式に基づいて、窒化シリコン膜９上に新たに同じ窒化
シリコン膜１０を積層形成する。

３　Ｓ　ｉ　Ｈａ　＋　４　Ｎ　）１３→Ｓ　ｉ　３Ｎ
４　＋　１２　Ｈｔ・・・・・−・（２）第３図から明
らかなように、シランの６倍量のアンモニアが存在する
と窒化シリコン膜の内部応力は、圧縮応力から引っ張り
応力に変化することが分かる。第４図に示すように圧縮
応力を有する窒化シリコン膜９上に引っ張り応力を有す
る窒化シリコン膜１０を積層すると、両者の応力が互い
に打ち消し合ってＡｔ配線に応力がかからないようにす
ることができる。尚、上層窒化シリコン膜１０の引っ張
り応力を１〜２　ｄ　ｙ　ｎ　ｅ／ｃｍ’の範囲内で制
御することができる。

下層窒化シリコン膜９に対して上層窒化シリコン膜１０
をどの程度の厚さで形成するかは、下層窒化シリコン膜
１０の圧縮応力を打ち消すのに十分な厚みの上層窒化シ
リコン膜１０を形成する。

アンモニア流量が００時の応力の大きさに比較して、ア
ンモニアとシランの流量比が６のところの応力の大きさ
は小さいため、本実施例では上層の窒化シリコン膜１０
を下層の窒化シリコン膜９に比較して厚く形成する。

一般に窒化シリコン膜の圧縮応力は引っ張り応力に比較
して大きいため、アンモニアが存在しない状態で製造さ
れる下層窒化シリコン膜９を薄く形成するのが望ましい
。

下層の窒化シリコン膜９から上層の窒化シリコン膜１０
を形成する過程では、アンモニアの流量を制御すればよ
いため、従来のＰＳＧを下層の保護膜として用いる場合
と比較して、新たに組成の異なるガスを混入する必要が
ないため、保護膜製造の効率が向上する。

下層の窒化シリコン膜９はアンモニアが存在しない状態
で形成されるため、プラズマダメージの原因となるＮ−
Ｈ，５ｔ−Ｈ結合が存在しない結果、養護膜を窒化シリ
コン膜の単独組成としても半導体装置の電気的特性を劣
化させることもない。

上記上層窒化シリコン膜ｌＯは、アンモニアが存在する
状態で形成されるため、窒化シリコン膜の製膜速度が大
きいため、電源パワーを当初の２／３程度にまで減少さ
せることができる。

このようにして形成された窒化シリコンの保護膜９．１
０はアルカリイオン等に対して阻止能力が高いため、半
導体装置を外部環境から保護することができる。

以上説明した実施例では、上層窒化シリコン膜１０を形
成する際、アンモニア濃度を一定の値に固定しているが
、アンモニア濃度を徐々に高くする場合であっても同様
の効果を得ることができる。

また、アンモニア濃度をステップ状に高（することも可
能である。

また、上記実施例では、窒化シリコン膜をプラズマＣＶ
Ｄ法によって形成しているが、これに限定されることな
く、他の減圧ＣＶＤ、常圧ＣＶＤ。

有機金属ＣＶＤ、光ＣＶＤの各法を用いることもできる
。

また、上層窒化シリコン膜１０を形成する際、アンモニ
アとシランの流量比を約６としたが、これに限定される
ことなく、窒化シリコン膜が引っ張り応力を有する範囲
でアンモニア流量を変化させることができる。

さらに、上記実施例はｐチャネルＭＯ３について本発明
を適用した場合について説明したが、これに限定される
ことなく、他の半導体装置例えば、ｎチャネルＭＯ３，
ＣＭＯ３等にも適用することができる。

また、実施例のガス流量、温度等の値はいずれも一例に
すぎず、これに限定されることなく他の値を選択するこ
とも可能である。

さらに、下層窒化シリコン膜９はアンモニアの流量がＯ
の状態で製造されたが、プラズマダメージの原因となら
ない範囲でアンモニアがガス中に混入される場合も、本
発明の範囲内である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれは、半導体表面の保護
膜を同じ組成の窒化シリコン膜で形成しているために、
保護膜形成の際にガス成分を変更すること等を必要とし
ないため、保護膜を効率が良い状態で製造できる。

そして、半導体表面に直接形成される下層の窒化シリコ
ン膜は、アンモニアが存在しない状態で形、成されてい
るため、プラズマダメージ要因が存在しない。従って、
半導体装置の特性を劣化させることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの実施例によって保護膜が形成される過程を
示す、半導体装置の断面構成図、第２図は、半導体装置
表面に保護膜を形成するための枚葉式プラズマ（、ＶＤ
装置の断面構成図、第３図は、アンモニアとシランの流
量比と窒化シリコン膜の応力との関係を示す特性図、第
４図は、下層の窒化シリコン膜と上層の窒化シリコン膜
との内部応力が共に打ち消し合う状態を示す説明図であ
る。 図中５はドレインＡＩ配線、６はソースＡＩ配線、８は
ゲートＡＩ配線、９は下層窒化シリコン膜、１０は上層
窒化シリコン膜である。 第１図 ５・−ド゛し１ンＡＩｆＪｌ、’、ぶ １０−・・」二号ＩイＬレリコンＡ興 ２０−−−キ′１漂］代゛ラズ了 ＣＶＯ殻置 ２４−　カ′′スイ気、佑音ｐ ２５°°゛刀゛ス 第 図 ＮＨ３／ＳｉＨ４ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置表面に保護膜を形成してなる半導体装
   置への保護膜の形成方法において、 半導体装置の表面にＣＶＤ方法により、アンモニアを用
   いることなく窒化シリコン膜を形成する第１工程と、 該第１工程で形成した窒化シリコン膜上にＣＶＤ方法に
   より、アンモニアを用いて窒化シリコン膜を形成する第
   ２工程と、 を有し、前記第１工程及び第２工程で形成した窒化シリ
   コン膜により前記保護膜を形成することを特徴とする半
   導体装置への保護膜の形成方法。