JPH0250966A

JPH0250966A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0250966A
Application number: JP20048988A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hisamune; 義明久宗
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-08-10
Filing date: 1988-08-10
Publication date: 1990-02-20

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製造方法に関し、特に半導体集積
回路の多層配線層間絶縁膜２表面保護膜等に用いられる
シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜等の絶縁膜の形成
方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の微細化、高集積化が進むにつれて、半
導体製造工程（プロセスの）低温度化。

低損傷化が求められている。従来、半導体基板上に形成
する絶縁膜や半導体基板上に多層金属配線を形成した半
導体集積回路の層間膜を構成する絶縁膜を基板損傷なく
低温度で形成する技術の１つに、反応ガスに紫外線を照
射し反応ガスを光分解して基板上に薄膜を形成する。光
化学気相成長法（光ＣＶＤ）がある。例えば、反応ガス
としてモノシラン（ＳｉＨ＋）およびアンモニア（Ｎ　
Ｈ３）を用いれば、シリコン窒化膜の形成が行える。ま
た、反応ガスとしてモノシランと酸素（Ｏ□）を用いれ
は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の形成が可能である（
例えば、半導体集積回路技術第３０回シンポジウム講演
論文集１１１〜１１６頁、１’９８６年７月）。

また、絶縁膜を基板損傷なく低温度で形成する他の技術
として、５ＩＨ４あるいはテトラエトキシシラン（ＴＥ
０１　：　Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）＋）をオソン（Ｏ３
）と反応させる化学気相成長（ＣＶＤ）を用いてＳｉＯ
２膜を形成する方法がある（例えば、ＤＥＮＫＩ　　Ｋ
ＡＧＡＫＵ　　４５巻６５４−６５９頁、１９７７年）
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した光ＣＶＤによる絶縁膜の形成方
法では、通常光源として用いられるランプ（例えば、低
圧水銀ランプ、重水銀ランプ等）の出力が小さく反応ガ
スの光分解効率が低いため、成長速度が小さく工業的量
産技術に適さないという欠点がある。例えば、２００〜
４００℃における最大成膜速度は、ＳｉＨ４とＮＨ３と
を原料にしてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成長する場合
約１０　ｎｍ／ｍｉｎ、　Ｓ　ｉ　Ｈ４と０３とを原料
にして５１０２膜を形成する場合約２５ｎｍ／ｍｉｎと
極めて小さい。

また、ＳｉＨ＋あるいはＴＥ０１を０３により分解し５
１０２膜の形成を行なうＣＶＤ法では、成膜反応が熱反
応のみで行われるため、成膜反応に光化学反応も関与す
る光ＣＶＤ法に比べ、形成された５ｉＣｈ膜は緻密性、
耐湿性に劣る。例えば、３００℃で形成された５ｉ０２
膜を比べた場合、ＳｉＨ＋と０□とを原料に用いて光Ｃ
ＶＤ法で形成されたＳｉＯ２膜は密度２．２４　ｇ／ｃ
ｆ、　　１％フッ酸に対するエツチング速度は８膜ｍ／
ｍｉｎであるのに対し、ＴＥ０１を０３により分解し化
学気相成長したＳ　ｉｏ　２膜は密度２．１８　ｇ／ｃ
＋＋Ｙ、　　１％フッ酸に対するエツチング速度６４ｎ
ｍ／＋ｎｉｎとなる。

すなわち、ＴＥ０１を０３により分解し化学気相成長し
た５ｉ０２膜は膜の緻密性が著しく低い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は原料ガスとオゾンとを
反応炉内に導入し、かつ反応炉内に紫外線を照射して原
料ガスとオゾンとを光化学反応させることにより、反応
炉内に設置された被処理物表面に絶縁膜を化学気相成長
する工程を有している。

また、上記薄膜形成を実現するためには、紫外線を放射
する光源およびオゾンを生成するオゾン発生器を有し、
かつ反応炉内に紫外線を導入するための光照射窓が反応
炉壁に備えられている化学気相成長装置を用いることが
好ましい。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するための化学気相成
長装置の概略図である。１０１は反応炉、１０２は試料
、１０３は試料１０２を設置するサセプター　１０４は
試料１０２を加熱するヒータ、１０５は光源である低圧
水銀ランプ、１０６は低圧水銀ランプ１０５からの紫外
線を反応炉１０１内に導入する合成石英製の光照射窓、
１０７は反応ガス導入管、１０８は反応ガス排気管であ
る。また、１０９は酸素ガス供給管、１１０は窒素ガス
供給管、１１１はバルブ、１１２は流量計である。１１
３はオゾン発生器であり、酸素ガス供給管１０９から導
入された酸素（Ｏ２）はオゾン（Ｏ３）に変換され、反
応ガス導入管１０７に送られる。また、１１４はテトラ
エトキシシラン（ＴＥ０１）の入ったエバポレータ、１
１５はリンを含んだ有機化合物トリメチルフォスフイー
ド（ＴＭＰ）の入ったエバポレータであり、窒素ガス供
給管１１０からの窒素（Ｎ２）をキャリアガスとして、
それぞれＴＥ０１．ＴＭＰを反応ガス導入管１０７へ送
り込み、０３と混合後、反応炉１０１内へ導入される。

１１６は配管を加熱するためのヒータであり、ＴＥ０１
およびＴＭＰが配管内において析出することを防ぐ役割
をする。

このような化学気相成長装置の反応炉１０１の中に、ヒ
ータ１０４により加熱した試料１０２を置き、０３とＴ
Ｅ０１の光化学反応によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）
を形成することができる。この場合、化学的に活性なオ
ゾンを用いているため、常圧および減圧いずれの圧力下
においても、４００℃以下の低温で充分高速な５１０２
成長を行うことができる。しかも、膜成長を紫外線照射
下において行っているため、４００℃以下の低温でも緻
密な膜形成が行える。例えば、３００℃の常圧下におい
て、（１）オゾン発生器を停止（ＯＦ　Ｆ）し、低圧水
銀ランプにより紫外線を照射（ＯＮ）した場合（Ｏ２と
ＴＥ０１との光ＣＶＤ）、（２）オゾン発生器を作動（
ＯＮ）Ｌ、低圧水銀ランプを停止（ＯＦＦ）した場合（
Ｏ３とＴＥ０１との熱ＣＶＤ）、およＯ・（３）オゾン
発生器をＯＮＬ、低圧水銀ランプもＯＮした場合（本実
施例の薄膜成長法）、の各々について５ｉ０２膜成長を
行いその成膜特性を比べると、表１に示すように、本実
施例の薄膜成長法である（３）の場合が最も成長速度が
大きく、かつ膜のエツチング速度が低い（膜の緻密性が
高い）。

０３とＴＥ０１の他にドーピングガスとしてＴＭＰを添
加するとりンＦ−プのＳｉＯ２膜（ＰＳＧ膜）を成長す
ることが可能である。

表　　　１（成膜温度：３００℃）上記においては、原料ガスとして有機シランＴＥＯ８を
用いてＳ　ｉ　Ｏ２膜の成長を示した。しかし、原料ガ
スとしてはＴＥ０１に限定される訳ではなく、以下の材
料を用いて無機絶縁膜を形成できる。

すなわち、（１）原料ガスとして、有機シラン、例えば
ジアセトキシジターシャルブトキシシラン（（ＡｃＯ）
２ｓｉ　（ＯｔＢｕ）２．　ＤＡＤＢＳ）、テトラメチ
ルシクロテトラシラン（（Ｃ４Ｈ１６Ｓ　１４０４、Ｔ
ＭＣＴＳ）等を用いて、ＳｉＯ２膜を形成できる。

また、（２）原料ガスとして、無機シラン、例えばモノ
シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）　、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、
トリシラン（Ｓｉ３Ｈ３）等を用いてＳ　ｉ　Ｏ２膜を
形成できる。

さらに、（３）原料ガスとして、有機シランまたは無機
シランとアンモニアガスを用い、シリコン酸化窒化膜（
ＳｉＯＮ膜）を形成できる。これは、成膜時に照射する
染外光がアンモニアを分解し、かつ０３と有機シランま
たは無機シランとの反応により生成されたラジカルが光
反応し膜成長が行われるためである。

そして、さらに（４）原料ガスとして、窒素を含んた有
機シラン、例えばヒスジターシャリブトキシアミノシラ
ンイミド［（ｔ　　Ｃ４Ｈ９０）２Ｓ　１ＮＨ２：］２
ＮＨ等を用いれば、５ｉＯＮ膜が形成できる。

第２図は上述した薄膜形成法により成長したシリコン酸
化窒化膜（Ｓ　ｉ　ＯＮ膜）を半導体集積回路の保護膜
に適用した場合の断面図であり、本発明の他の実施例を
説明するためのものである。

２０１はＩＣチップ、２０２はＩＣチップ２０１を搭載
したアイランド、２０３はリード、２０４はＩＣチップ
２０１上に形成されたＡρパッド部、２０５はＡρパッ
ド２０４とリード２０３を結ぶボンティングワイヤ、２
０６はＩＣチッソ２０１上に形成された素子を保護する
ため、前述した一実施例と同様の薄膜形成法により成長
した５ｉＯＮ膜である。５ｉＯＮ膜の成長は、ビスジタ
ージャリフトキシアミノシランイミドを原料とし、第１
図に示した化学気相成長装置を用いて成長温度３８０℃
で行った。２０７はパッケージを構成する樹脂である。

第３図に、このようにして製造した半導体デバイス（第
２図）について耐湿性試験を行った結果を示す。試料と
して、（１）第２図の保護膜２０６を成長しない半導体
デバイス、（３）保護膜２０６に本実施例の薄膜形成法
により成長した５ｉＯＮ膜（膜厚１μｍ）を用いたデバ
イス、（２）保護膜２０６にプラズマＣＶＤにより形成
したＳｉＮ膜（膜厚１μｍ）を用いた半導体デバイスの
３種類各々５０個ずつについて調べた。耐湿性試験は、
１５０℃。

２気圧の水蒸気釜に試料を入れ不良数を調べるＰＣＴ（
プレッシャー・クツカー・テスト）を行った。本実施例
の薄膜形成法により成長した５ｉＯＮ膜を用いた半導体
デバイスは、耐湿性において、プラズマＣＶＤにより形
成されたＳｉＮ膜より優れていることがわかる。本実施
例で示した保護膜２０６の形成は、プラズマを用いない
ため、成膜時に基板損傷を与えない。このため基板損傷
に敏感な化合物半導体等の保護膜として広く用いること
かできるという利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、原料ガスとオゾンとを反
応炉内に導入し、かつ反応炉内に紫外線を照射して、原
料ガスとオゾンとを光化学反応させることにより、反応
炉内に設置された被処理物表面に緻密かつ耐湿性の高い
絶縁膜を高い速度で低温成長できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための化学気相成
長装置の概略図、第２図は本発明の他の実施例を説明す
るための断面図、第３図は本発明の効果を示すための信
頼性試験の結果を示す図である。１０１　　・反応炉、１０２・・・・・・試料（被処理
物）、１０３・・・サセプター　１０４・・・・・・ヒ
ータ、１０５・・・・低圧水銀ランプ、１０６・・・・
・・光照射窓、１０７・・・・・・反応ガス導入管、１
０８・・・・・・反応ガス排気管、１０９　・・・・酸
素ガス供給管、１１０・・・窒素ガス供給管、１１１・
・・・・バルブ、１１２・・・・・・流量計、１１３・
・・・オゾン発生器、１１４・エバポレータ、１１５・
・・・・・エバポレータ、１１６・・・・・・ヒータ（
配管加熱）、２０１・・・・ＩＣチップ、２０２・・・
・・・アイランド、２０３・・・・・・リード、２０４
・・・・・Ａρパッド部、２０５・・・・・・ボンディ
ングワイヤ、２０６・・・・・・５ｉＯＮ膜（保護膜）
、２０７・・・・・・樹脂。代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims

【特許請求の範囲】

原料ガスとオゾン（Ｏ＿３）とを反応炉内に導入し、か
つ該反応炉内に紫外線を照射して、該原料ガスとオゾン
とを光化学反応させることにより、該反応炉内に設置さ
れた被処理物表面に絶縁膜を化学気相成長する工程を有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。