JPH03175632A - 半導体装置およびその製造方法 - 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〕 この発明は半導体装置に関し、特に半導体装置の保護絶
縁膜の性能向上を図ったものである。

〔従来の技術〕

半導体装置は通常、半導体基板上に素子が形成された後
、素子が水分、応力等の外部環境により変化を起こさな
いように素子表面部に保護絶縁膜が被覆されており、さ
らに樹脂封止やセラミック・パッケージされて使用され
る。

第３図は、このような従来の樹脂封止型の半導体装置の
構造を示す断面図である０図において、１は素子が形成
された半導体チップ（以下、単にチップと称す）、２は
チップｌ上に被覆された保護絶縁膜、３はチップ１が載
置されるグイパッド部３ａと外部回路を接続するための
リード部３ｂからなるリードフレーム、４はチップ１の
電極とリード部３ｂを接続するボンディングワイヤ、５
はチップｌを封止し保護するための樹脂封止材である。

この半導体装置のチップ１の構造について、従来のＤｙ
ｎ５ｉｃ　Ｒａｎｄｏｎ＋　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒ
ｙ　　（以下、ＤＲＡＭと称す）を例として説明する。

第４図は従来のＤＲＡＭチップ１の要部及びメモリーセ
ル部の断面構造を示す図である。なお、このメモリーセ
ルは１つのＭ　ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−５ｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）　　トランジスタと１つの
キャパシタにより構成されており、Ｐ型シリコン基板ｌ
Ｏの主面上部にｎ型拡散層であるソース１１．ドレイン
１２が形成され、これらの間にあるＰ型シリコン基板１
０の上部には、ゲート酸化膜１３を介して多結晶シリコ
ンよりなるゲート電極１４が形成されてｎチャネル型Ｍ
ＯＳトランジスタをｔ（Ｉ或している。そして、このゲ
ート電極１４はワード線として働いている。また、上記
ソース１１となるｎ型拡散層は図示右側にのびて、その
上部にはゲート酸化膜１３を介して多結晶シリコンより
なるプレート１５が形成されてＭＯＳキャパシタを１１
！している。そして、このＭＯＳ）ランジスタとキャパ
シタの両側にはフィールド酸化膜１６が形成されて、他
のメモリーセルと素子分離している。ゲート電極１４お
よびプレート１５の上には下層の層間膜１７が被覆され
、その上部には多結晶シリコンよりなるビット線１８が
コンタクトホール１９を介してドレイン１２と接続され
ている。

さらにビット線１８の上には上層の層間膜２０を介して
アルミニウム膜２１（以下Ａ１膜と称す）が形成され、
その上に保護！！！縁膜２が被覆されている。この保護
絶縁膜２としては、３５０〜４５０°Ｃ程度の処理温度
でフォスフイン（ＰＨｓ）とシラン（ＳｉＨ４）と酸素
（ＯＸ　）の混合ガスを反応ガスとして形成されるＰｈ
ｏｓｐｈ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ膜（以下ＰＳ
Ｇ膜と称す）、３００〜４００°Ｃ程度の処理温度でシ
ラン（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素（Ｎ２０）の混合ガスあ
るいはシラン（Ｓｉ■１４）と酸素（０２）の混合ガス
を反応ガスとして熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で形成
されるシリコン酸化膜、３００〜４５０°Ｃ程度の処理
温度でシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）の混
合ガスあるいはシラン（ＳｉＨ４）と窒素（Ｎ　２の混
合ガスを反応ガスとしてプラズマＣＶＤ法で形成される
シリコン窒化膜などが用いられる。このように構成され
たチップは所定の処理が施されグイパッド部３ａに載置
され、ボンディングワイヤ４が接続されて、リード３ｂ
の所定領域にわた） り樹脂封止材５により封止され、半導体装置が完成する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体装置及びその製造方法は以上のように構成
されており、通常、素子表面に保護絶縁膜２が被覆され
ているが、高集積化、微細化につれて保護絶縁膜２にも
さらに高耐湿性、高信頼性が要求されてきている。

第５図を用いて詳述すると、同図は第４図に示す保護絶
縁膜２の堆積部分のＡ部の拡大図で、例えば保護絶縁膜
２として熱ＣＶＤ法によりＰＳＧ膜あるいはシリコン酸
化膜を堆積した場合、保護絶縁膜２は膜自体に引張応力
を有することになる。

この場合、膜を堆積した際に膜のステップ力バレッヂが
悪く、層段差底部３０に応力の集中しやすい鋭角な形状
や平面状部に膜厚の厚い部分３１が生じると、膜自体の
有する引張応力により３０゜３１のような部位にクラッ
ク３２ａ、３２ｂが発生してしまう。そして、このクラ
ック３２は保護絶縁膜２の耐湿性、信頼性を大きく低下
させてしまう要因となる。

また、保護絶縁膜２としてプラズマＣＶＤ法によりシリ
コン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を堆積した場合、保
ｉｉ！絶縁膜２には膜自体に圧縮応力を有することにな
る。この場合には、膜のステップ力バレッヂが悪くても
クラック３２ａ、３２ｂは発生しにくいが、前記したよ
うにチップ１を樹脂封止材５で封止した場合に、樹脂封
止材５の硬化時応力によるクラックが発生してしまう。

ここで樹脂封止材５の応力によりクラックが発生した時
の様子を第６図を用いて説明する。同図ａは、第４図と
同様の樹脂封止された半導体装置の断面図である。また
同図すは、同図ａに示すＢ部分の拡大図である。図に示
すように樹脂封止材の収縮応力４０はチップの中心方向
に働く。そのため、図ａのＢ部分のようなチップの外周
部では図すに示す様な応力の方向となり、配線の角部分
４１でこの応力を受けてしまうため、樹脂封止材の応力
によるクランク４２が発生し、さらに応力が大きい場合
には、アルミスライド４３とよばれるＡｌ配線２１の変
形を生じ、半導体装置の電気特性を劣化させてしまう。

上述のような保護絶縁膜のクラック３２ａ、３２ｂや樹
脂封止材の応力によるクラック４２、アルミスライド４
３は、半導体装置の微細化、高機能化により配線形状、
構造が複雑になる程顕著に発生し、信頼性上大きな問題
である。

上述したような保護絶縁膜のもつ欠点を解消する方法と
して、「プラズマＣＶＤ法により、３００〜４５０　”
Ｃの温度で有機シラン、例えばＴＥＯＳ　（Ｔｅｔｒａ
　ｅｔｈｙｌ　ｏｌｔｈｏ　５ｉｌｉｃａｔｅ　　ｉテ
トラエトキシシラン；　Ｓ　ｉ　　（ＯＣｚ　Ｈｓ　）
　ａ　）と酸素（０２を反応ガスとして堆積するシリコ
ン酸化膜（以下、プラズマＴＥＯ３酸化膜と称す）」や
、「熱ＣＶＤ法により、３００〜４５０°Ｃの温度で有
機シラン、例えばＴＥＯＳ　（Ｓ　ｉ　（ＱＣ，Ｈ，）
、）とオゾン（０，）　を反応ガスとして堆積するシリ
コン酸化膜（以下、オゾンＴＥＯ３酸化膜と称す〉など
のように、有機シランを反応ガスとして用いることによ
り化学気相反応の際に基板表面反応の） 」 割合を大きくして、従来のシラン（ＳｉＨ，）を用いた
場合に比べ、ステップガバレッヂに優れたシリコン酸化
膜を用いようという試みがある。

しかしながら、前者のプラズマＴＥＯ３酸化膜５１（第
７図ｂ）は従来のシラン（ＳｉＨ４）を用いたシリコン
酸化膜５０（第７図ａ）に比べればステップカバレッヂ
は良好であるものの、プラズマＣＶＤ法を用いているた
めにプラズマ中での気相反応の割合が比較的大きく配線
間隔の狭い部分では空洞５２を生じてしまうことになる
。

また、後者のオゾンＴＥＯ３酸化１１ｇ５３（第７図Ｃ
〉は、基板表面での化学気相反応（この場合、表面縮合
化反応）の割合が大きく、非常に良好なステップカバレ
ッヂであるが、膜自身が引張応力を有するため、膜厚が
大きくなるとクランク５４が発生しやすいという問題点
がある。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、耐クラツク性に優れ、かつアルミスライド耐
性も良好な保護絶縁膜を有する半導体装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る半導体装置及びその製造方法は、保護絶
縁膜の全てあるいは一部を、有機シランと酸素を主成分
とするガスにオゾンガスを添加したガスを用いて、プラ
ズマＣＶＤ法で堆積したシリコン酸化膜としたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、保護絶縁膜として、有機シランと
酸素を反応ガスとするプラズマＣＶＤ法において、オゾ
ンガスを添加することにより、基板表面での気相反応（
表面縮合化反応）の割合を多くできるので、耐クラック
性、ステップカバレッヂともに優れたシリコン酸化膜を
形成することができ、配線段差部分を平坦性よく被覆す
ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による半導体装置の断面構
造を示す図で、図において、第４図と同−符号は同一ま
たは相当部分を示し、６０は保護絶縁膜である。

また第２図は、第１図の保護絶縁Ｉｌ！６０の堆積部分
のＣ部の拡大図である。すなわち、保護絶縁膜６０は有
機シラン、例えばＴＥＯＳ　（Ｓ　ｉ　　（ＯＣｚ　Ｈ
ｓ　）　ａ　）と酸素（Ｏりを反応ガスとしたプラズマ
ＣＶＤ法で、オゾン（０，）ガスを添加しながら３００
〜４５０″Ｃの温度で、所定膜厚に形成される。

このように本実施例では、シリコン酸化膜を、ｒブラズ
７ＣＶＤ法ニヨリ、３００〜４５０°Ｃの温度で有機シ
ラン、例えばＴＥＯＳ　（Ｓ　ｉ　　（ＱＣ！ＨＳ）ａ
）と酸素（０２〉を反応ガスとして堆積するシリコン酸
化膜（プラズマＴＥＯ３酸化膜）Ｊにおいて、反応ガス
としてオゾン（０，）を添加して形成するようにしたの
で、基板表面での気相反応（表面縮合化反応）の割合が
多くなり、プラズマＴＥＯ３酸化膜では不十分であった
ステップカバレッヂを良好なものとすることができる。

すなわち、オゾン（０，）ガスを添加することで、クラ
ック耐性に優れ、かつステップ力バレッヂも良好となる
ため平坦性が向上し、アルミスライド耐性にも優れた保
護絶縁膜６０を得ることができる。

なお、上記実施例では、ＴＥ０１　（Ｓ　ｉ　　（ＯＣ
ｚＨｉ、）と酸素（Ｏりを反応ガスとするプラズマＣＶ
Ｄ法で、オゾン（Ｏｌ）ガスを添加しながら形成するシ
リコン酸化膜のみで保護絶縁膜６０のすべてを形成する
場合について述べたが、さらに耐湿性・モールドの応力
に対する機械的強度を向上させる目的で堆積した保護絶
８！膜と他の絶縁膜、例えば１シラン（ＳｉＨ４）とア
ンモニア（ＮＨ３）を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ
法で形成するシリコン窒化膜」を組み合わせてもよい。

また、上記実施例では、有機シランの一例としてＴＥ０
１　（Ｓ　＋　　（ＯＣｚ　Ｈｓ　）ａ　）を用いた場
合を示したが、他の有機シラン、例えばテトライソプロ
ポキシシラン（Ｓｉ　（ＯＣ３Ｈ？　）ａ　）や、テト
ラメトキシシラン（Ｓｔ　　（ＯＣＨ３）ａ　）、ＤＡ
ＤＢＳ　（ジ・ターシャリブトキシ・ジ・アセトキシシ
ラン：　　（ｔｃａ　Ｈ９０ｘ　）ｚ　Ｓ　ｉ　　（０
０ＣＣＨ１）ｇ）などを用いても同様の効果を奏する。

また、上記実施例では有機シランと酸素にオゾンを添加
して保護絶縁膜を形成する場合について述べたが、さら
に膜の耐クラツク性を向上させる目的で、リンＣＰ）や
ボロン（Ｂ）等をシリコン酸化膜中にドーピングする手
段として、ＴＭＰ（リン酸トリメチルエステル：　ＰＯ
（ＯＣｚ　Ｈ５）３１やＴＭＢ　（ボロンエチラート：
　Ｂ　（ＯＣ２１−１５）　ｘ　）等を添加してもよい
。

また、上記実施例では配線２１の材料がアル≧ニウムの
場合について述べたが、配線２１の材料はこれに限るも
のではなく、例えば、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔ
ｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属やこれらのシ
リサイド配ｖＡ（ＷＳｉ、、ＴｉＳｉ、、ＭｏＳｉ、）
あるいは多結晶シリコン配線の場合であってもよく、上
記と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係る半導体装置及びその製造方
法によれば、有機シランと酸素を反応ガスとするプラズ
マＣＶＤ法において、オゾンガスを添加しながらシリコ
ン酸化膜を形成するようにしたので、保護絶縁膜を配線
断差部で平坦性良く厚く堆積することができ、保護絶縁
膜の機械的強度が向上し、アル壽スライド耐性にすぐれ
、またクラック耐性にもすぐれたものとなり、この結果
、半導体装置の耐湿性・信頼性を向上させることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体装置の断面構
造を示す図。第２図は第１図のＣ部を拡大図、第３図は
従来の半導体装置の断面構造を示す図、第４図は従来の
ＤＲＡＭチップの要部及び、メモリーセル部の断面構造
を示す図、第５図ないし第７図は従来の保護絶縁膜形成
方法の問題点を説明するための図である。 図において、１０はＰ型シリコン基板、１１はソース、
１２はドレイン、１３はゲート酸化膜、１４はゲート電
極（ワード線）、１５はプレート、１６はフィールド酸
化膜、１７は下層の眉間膜、１８はビット線、１９はコ
ンタクトホール、２０は上層の層間膜、２１はアルミニ
ウム配線、６０は保護絶縁膜である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置において、 保護絶縁膜の全てあるいは一部が、有機シランと酸素を
   主成分とするガスにオゾンガスを添加したガスを用い、
   プラズマＣＶＤ法で堆積したシリコン酸化膜であること
   を特徴とする半導体装置。
2. （２）保護絶縁膜を有する半導体装置の製造方法におい
   て、 有機シランと酸素とを主成分とするガスにオゾンガスを
   添加したガスを用い、プラズマＣＶＤ法でシリコン酸化
   膜を堆積する工程を含むことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。