JPH0429319A - 半導体素子及びその製造方法 - 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〕 本発明は半導体素子及びその製造方法に関し、特に半導
体素子を構成する絶縁膜に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体素子を小型化したり、あるいは半導体素
子を構成する部品を簡略化等することを目的に、層状の
配線が眉間絶縁膜により分離された構造の多層配線をも
つ半導体素子が使用されている。また、半導体素子の表
面を保護するために、保護絶縁膜が一般的に用いられて
いる。これら層間絶縁膜や保護絶縁膜などの絶縁膜には
シリコン酸化物、シリコン窒化物が好んで使用されてお
り、これらはプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、真
空蒸着法などで形成されている。

たとえば第　図に示すように、半導体素子のマトリック
ス配線部は、基板１００上に所定の形状にパターン化さ
れた下部金属電極１０２．１０４．１０６が形成された
後、その上にプラズマＣＶＤ法などで眉間絶縁膜１０８
が形成される。次いで、下部金属電極１０４上の眉間絶
縁膜１０８の一部にコンタクトホール１１０が設けられ
た後、上部金属電極１１２がコンタクトホール１１０を
介してその下部金属電極１０４と接続されるように形成
されて、マトリックス配線部を備えた半導体素子が製造
されている。

また、保護絶縁膜を備えた半導体素子には、たとえば第
　図に示すように、基板１１４上に金属電極１１６、半
導体層１１８及び透明電極１２０が順次積層されて構成
された光センサ１２２があり、この光センサ１２２の保
護のために、保護絶縁膜１２４がプラズマＣＶＤ法など
で形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように半導体素子における眉間絶縁膜１０８や保護
絶縁膜１２４　としてはプラズマＣＶＤ法、スパッタリ
ング法、真空蒸着法などの方法で形成された酸化物ある
いは窒化物絶縁膜が用いられている。プラズマＣＶＤ法
、スパッタリング法、真空蒸着法などによる膜の形成は
化学量論組成の膜に制御するのが困難であるため、これ
らの方法で形成された酸化物や窒化物などの絶縁膜は膜
として不安定であり、多孔質な膜になり易い。

眉間絶縁膜１０Ｂが多孔質な膜になった場合、マトリッ
クス配線の上部金属電極１１２あるいは下部金属電極１
０２．１０４．１０６を構成する原子の拡散により、上
部金属電極１１２と下部金属電極１０２．１０４．１０
６がショートする危険性が高くなる。更に、半導体素子
が高湿度の環境下で使用される場合、水分の侵入により
リークが発生する原因となり、また、エレクトロマイグ
レーションによる劣化を助長することになる。

また、保護絶縁膜】２４が多孔質である場合でも、眉間
絶縁膜１０８の場合と同様に、水分の侵入によるリーク
発生、エレクトロマイグレーション劣化の危険性が高く
なる。

更に、プラズマＣＶＤ法などによる絶縁膜の成膜条件を
制御して、化学量論組成比に近い膜を成膜することがで
きたとしても、ピンホール欠陥を皆無ムこするのは製造
上非常に困難である。このピンホール欠陥が眉間絶縁膜
や保護絶縁膜に兇生した場合、マトリックス配線の上部
金属電極と下部金属電極がショートする危険性はさらに
高くなり、またこのピンホールを通して水分が侵入し易
くなり、リークの発生やエレクトロマイグレーション劣
化の生じる確率が非常に高くなるという問題があった。

このように層間絶縁膜あるいは保護絶縁膜を用いた半導
体素子においては、素子の歩留、信転性に著しい問題が
あった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、半導体素子の製造方法において、多孔質になりやす
い層間絶縁膜、保護絶縁膜の表面を改質して、上部及び
下部の配線電極間のショートを防ぎ、また水分の侵入に
よるリークの発生を防止し、エレクトロマイグレーショ
ン耐性の向上を目的としてなされたものである。更に、
眉間絶縁膜や保護絶縁膜に発生したピンホール部分に存
在する金属配線電極の表面を改質することにより、同様
の効果をもたらすことを目的としてなされたものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体素子の要旨とするところは、絶縁膜
層を含有する半導体素子において、前記絶縁膜層の表面
がプラズマ処理されたプラズマ絶縁膜を有することにあ
る。

また、かかる半導体素子において、該半導体素子が前記
絶縁膜層及びプラズマ絶縁膜により分Ｍされた多層配線
構造を有していることにある。

更に、かかる半導体素子において、前記絶縁膜層が保護
膜として用いられることにある。

更に、かかる半導体素子において、前記絶縁膜層が窒素
Ｎ、炭素Ｃ１酸素０又はこれらの混合物を含有するンリ
コン化合物からなることにある。

次に、本発明に係る半導体素子の製造方法の要旨とする
ところは、絶縁膜層を含有する半導体素子の製造方法に
おいて、前記絶縁膜層を形成した後、該絶縁膜の表面を
プラズマ処理することにある。

〔作　用〕

かかる本発明の半導体素子は層間絶縁膜′により分離さ
れた多層配線をもつ構造のものや、あるいは絶縁膜を保
護膜として用いた構造のものに適用される。本発明に係
る半導体素子は電極あるいは配線を覆うように絶縁膜層
がプラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法な
どで形成された後、その絶縁膜層の表面にプラズマ処理
が施されて製造される。絶縁膜層としてはシリコン、チ
タン、タンタルの酸化物、窒化物、炭化物あるいはこれ
らの混合物などの無機絶縁材料が使用できる。

特にＳｉＮｘ　、ＳｉＯｘ　、ＳｉＯｘＮｙなどのシリ
コン化合物が製造上、特性上好ましい。

眉間絶縁膜、保護膜にシリコン酸化物を用いて多孔質な
膜が形成された場合、０□等のプラズマ処理を行うこと
により表面の改質が行われ、緻密なプラズマ絶縁膜が形
成される。また、眉間絶縁膜、保護膜にシリコン窒化物
を用いた場合でも、Ｎ２プラズマ処理を行うことにより
同様の効果を得ることができる。

このプラズマ絶縁膜によりマトリックス配線の上部電極
と下部電極のそれぞれの原子の絶縁膜層内部への拡散に
よるショートを防ぐことができる。

また、高温環境下で使用する場合でも、絶縁膜を通して
の水分の侵入を防ぐことができ、リークの発生防止及び
エレクトロマイグレーション耐性を向上させることがで
きる。

更に、絶縁膜層が金属電極上に欠陥により形成されてい
ない場合にはプラズマ処理による効果は一層顕著である
。すなわち、眉間絶縁膜、保ｒＪＩｌ！にピンホールが
発生した場合でもプラズマ処理を行うことによりピンホ
ール部分に存在するマトリックス配線の下部金属電極表
面が酸化、窒化又は炭化等され、プラズマ絶縁膜が形成
される。このプラズマ絶縁膜により、上部電極と下部電
極のショートを防ぐことができ、また水分の侵入による
リークの発生、エレクトロマイグレーション劣化を抑制
することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る半導体素子及びその製造方法の実施
例を図面に基づいて説明する。

第１図はイメージセンサのマトリックス配線部を表した
ものであり、イメージセンサは絶縁基板１０上に形成さ
れている。絶縁基板１０はガラスなどの絶縁体や絶縁処
理されたものなどから構成されており、この絶縁基板１
０の上にクロムＣｒなどの金属がスパッタリング法、真
空蒸着法などによりほぼ一様に成膜され、金属層１２が
形成される。その金属層１２はフォトエツチングされて
、所定の電極パターンを備えたマトリックス配線部の下
部電極１４，１６．１８が形成される。

次に第２区に示すように、この下部電極１４１６．１８
を含む絶縁基板ｌＯ上には、プラズマＣＶＤ法、スパッ
タリング法あるいは真空茅着法などが用いられて、絶縁
膜層２０が成膜させられる。絶縁膜層２０はシリコン、
チタン、タンタルの酸化物、窒化物、炭化物あるいはこ
れらの混合物などの無機絶縁材料が使用でき、特に、５
ｉＮｘＳｉＯｘ、　ＳｉＯｘＮｙなどの窒素Ｎ、炭素Ｃ
１酸素Ｏ又はこれらの混合物を含有するシリコン化合物
が製造上、特性上好ましい。

次いで、被着させられた絶縁膜層２ｏの表面に０□ある
いはＮ２などのプラズマ処理が施される。プラズマ処理
はＣＶＤなどにより堆積された絶縁膜層２０を通常０．
１〜１０ｔｏｒｒ、室温〜３５０″Ｃの０２、Ｎｚ　、
Ｃｏｔ　、　ＣＨ−又はこれらの混合ガス等のプラズマ
で照射されることにより行われる。照射時間は膜材料、
プラズマ条件により異なるが、通常１〜１２０分で十分
である。なお、プラズマ処理は絶縁膜層２０がシリコン
酸化物などの酸化物からなる場合は０２プラズマ処理が
好ましく、また絶縁膜層２０がシリコン窒化物などの窒
化物からなる場合はＮ２プラズマ処理が好ましい。

このプラズマ処理により絶縁膜層２ｏの表面は改質され
、Ｐｌ、密な膜からなるプラズマ絶縁膜２２が形成され
る。したがって、成膜条件により絶縁膜層２０が多孔質
な膜によって形成された場合であっても、プラズマ処理
により絶縁膜層２ｏの表面は緻密なプラズマ絶縁膜２２
で覆われ、電極の原子が拡散するのが阻止される。また
、同第２図に示すように、絶縁膜層２ｏにビンボール２
４が生じて下部電極１４の一部が露出させられていても
、プラズマ処理が施されることによってピンホール２４
部分に存在する下部電極１４が酸化させられて、プラズ
マ絶縁１１９２６が形成され、下部電極１４が電気的に
絶縁されることになる。

プラズマ処理が施された後、更に下部電極１６の所定の
部位で上部電極（３２）と接続させるように、絶縁膜層
２０及びプラズマ絶縁ＷＩ！２２にコンタクトホール２
８が設けられる。コンタクトホール２８はエツチングや
レーザービームなどによって形成される。その後、この
プラズマ絶縁１Ｉ１２２．２６上にＣｒ、　Ｃｒ／＾ｌ
などからなる金属又は合金がスパッタリング法、真空蒸
着法などにより金属層３０が成膜される。この金属層３
０は所定のパターンにエツチングされて上部電極３２が
形成され、マトリックス配線部を備えた半導体素子が製
造される。

得られた半導体素子において、長年の使用に伴い下部電
極１４，１６．１８の構成原子が絶縁膜層２０中に拡散
させられた場合においても、二の拡散原子はプラズマ絶
縁Ｗ１２２．２６によって拡散が阻止され、下部電極１
４．１６．１８と上部電極３２とがショートすることは
ない。また、半導体素子が高湿度の環境下で使用される
場合などにおいても、水分の侵入がプラズマ絶縁膜２２
２６により阻止され、リークの発生やエレクトロマイグ
レーション劣化を抑制することができる。

上述したように絶縁膜層及びプラズマ絶縁膜が電極ある
いは配線を分離させるための眉間絶縁膜として構成され
ている場合、プラズマ処理によるプラズマ絶縁膜の効果
が最も発揮されるものであるが、本発明は保護膜に対し
ても好適である。たとえば、イメージセンサ、太陽電池
などの光起電力素子は絶縁基板上に透明電極、光半導体
及び電極が積層されて構成されていて、これらの構成要
素を保護するために保護膜が用いられており、この保護
膜に対してプラズマ処理が施されるのが好ましい。保護
膜は外気に曝されており、湿度の影響を最も受は易い、
このため、保護膜をプラズマ処理して、保護膜の表面に
緻密なプラズマ絶縁膜を形成しておくことによって、リ
ークの発′生やエレクトロマイグレーシラン劣化を抑制
することができることとなる。

その他、半導体素子に用いられる絶縁基板が金属など電
気的良導体からなる基板に絶縁処理をしたものである場
合に、その絶縁層の表面にプラズマ処理を施し、プラズ
マ絶縁膜を形成しておくのが好ましい、また、眉間絶縁
膜及び保護膜の双方にプラズマ処理を施すなど、本発明
はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づ
き種々なる改良、修正、変形を加えたＪ！！様で実施し
得るものである。

夫１貫−１ 第１図に示すように、ガラス基板１０の上にスパッタリ
ング法によりクロムからなる金属Ｎ１２を被着させた後
、この金属層１２をフォトエツチングして所定の電極パ
ターンを備えた下部電極１４．１６．１８を形成した。

この下部電極１４１６．１８上に平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、基板温度２５０°Ｃ、シランガス４
０ｓｅｃｍ、亜酸化窒素ガス２５０ｓｅｃｍの混合ガス
、圧力Ｑ、４ｔｏｒｒ、ＲＦパワー６０ｗの条件で、絶
縁膜層２０であるンリコン酸化＃１μ譜を成膜した。

次に、バレル型プラズマ装置を用いて、０、ガス５０ｓ
ｃｃｍ、圧力０．２ｔｏｒｒ　、　ＲＦパワー３００ｗ
の条件で、Ｏｔプラズマ処理を１０分間行った。このプ
ラズマ処理によりノリコン酸化！（２０）の表面は改質
され、緻密な１ｌＩ２２が形成された。

その後、所定の下部電極１６と上部電極（３２）が接続
されるように、エツチングによりソリコン酸化［（２０
）及び緻密なＷＩ２２にコンタクトホール２８を設けた
。次いで、このソリコン酸化Ｍ（２０）上にクロムから
なる金属電極層をスパッタリング法を用いて成膜した。

更に、この金属電極層を所定のパターンにエツチングし
て上部電極３２を形成し、マトリックス配線部を有する
アモルファスソリコン系半導体を備えたイメージセンサ
を製造した。

製造されたイメージセンサから１００のサンプルを抜き
取り、１００１χのグリーン光の下でパイアスー５ｖ印
加時の電流値を測定し、リークあるいはショートが認め
られたサンプル数を調べた。次いで、１０００時間にわ
たる８５°Ｃ１８５％ＲＨの高温高温加速試験を実施し
た後、１００のサンプルを抜き取り、同様に１００１ｘ
のグリーン光の下でバイアス５ｖ印加時の電流値を測定
し、リークあるいはショートが認められたサンプル数を
調べた。その結果を第１表に示す。

第１表　８５°Ｃ８５％ＲＨ高温高湿加速試験不良（リ
ーク、ショート）サンプル数の変化実施例１と同様にし
て、マトリックス配線部を有するアモルファスンリコン
系半導体を備えたイメージセンサを製造した。但し、絶
縁膜層であるシリコン酸化膜の表面に０□プラズマ処理
を施さなかった。

得られたイメージセンサについて、実施例１と同様の条
件で１００のサンプルを抜き取り、リークあるいはショ
ートが認められたサンプル数を調査した。その結果を第
１表に示す。

第１表に示されるように、本発明にかかる半導体素子は
、従来のものに比べ、歩留及び耐湿性の点で極めて優れ
ていることが実証された。

実施１ 第３図に示すように、実施例１と同様の方法でマトリッ
クス配線部を有するイメージセンサを製造した。但し、
実施例１と異なり、シリコン酸化ｌ１ｌ（２０）形成後
に、０□プラズマ処理を行わなかった。

得られたイメージセンサに、平行平板型プラズマ装置を
用いて、基板温度２００’Ｃ、シランガス４０ｓｅｃｍ
、アンモニアガス２００ｓｅｃｍの混合ガス、圧力０．
４ｔｏｒｒ　、　ＲＦパワー６０ｗの条件で、１μｍの
シリコン窒化膜を成膜した後、所定の形状に六タン化し
保護膜３４とした。

その後、同しプラズマＣＶＤ装置を用いて、Ｎ。

ガス２＋／ｗｉｎ、圧力０．４ｔｏｒｒ　、　ＲＦパワ
ー２００ｗの条件で、Ｎｔプラズマ処理を２０分間行っ
た。これによりシリコン窒化＃（３４）の表面は改質さ
れ、緻密なＷｉ３６が形成された。

得られたイメージセンサについて、実施例】と同様の条
件で１００のサンプルを抜き取り、リークあるいはショ
ートが認められたサンプル査した。その結果を第２表６
ご示す。

第２表　８５°Ｃ８５％ＲＨ高温高湿加速試験不良（リ
ーク、ショート）サンプル数の変化孔ｆはｑ 実施例２と同様にして、マトリックス配線部を有するア
モルファスンリコン系半導体を備えたイメージセンサを
製造した。但し、保護膜であるシリコン窒化膜の表面に
Ｎ２プラズマ処理を施さなかった。

得られたイメージセンサについて、実施例２と同様の条
件で１００のサンプルを抜き取り、リークあるいはショ
ートが認められたサンプル数を調査した。その結果を第
２表に示す。

第２表に示されるように、実施例１同様、本発明にかか
る半導体素子は、従来のものに比べ、極めて耐湿性の点
で便れていることがわかる。

〔発明の効果〕

かかる本発明は半導体素子の層間絶縁膜や保護膜などの
絶縁膜層をプラズマ処理することによって、絶縁膜層の
表面を改質して緻密にしているため、絶縁膜層が多孔質
で形成されていてもプラズマ処理によって改質されたプ
ラズマ絶縁膜によって電極を構成する金属原子の拡散や
水分の侵入が阻止される。したがって、上部電極と下部
′電極とが原子の拡散によってショートさせられること
はない。また、水分の侵入によるリークの発生やエレク
トロマイグレーション劣化が抑制されることとなる。し
かも、絶縁膜層にピンホールが発生して電極が露出させ
られていても、プラズマ処理が施されることにより、電
極の表面に絶縁膜が生じて、ピンホールにおけるショー
トが効果的に防止される。

このようにプラズマ処理を施すことにより、信転性の高
い絶縁膜層を得ることができ、半導体素子を歩留り良く
量産することが可能となる。また、絶縁膜層の形成を成
膜条件の微調整を行わずに迅速に行うことが可能となり
、−層信幀性の高い半導体素子を安価に量産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体素子の構造を示す説明図で
あり、第２図は第１図に示す半導体素子の製造工程を示
す説明図である。第３図は本発明に係る半導体素子の他
の実施例を示す説明図であ第４図及び第５図はいずれも
従来の半導体素子の構造を示す説明図である。 １０；基板 １４．１６．１８；下部電極 ２０；絶縁膜層 ２２．２６ｉプラズマ絶縁膜 ２４；ピンホール ２８；コンタクトホール ３２；上部電極 ３４；保護膜 ３６；膜（プラズマ絶縁膜） 特許出願人　鐘淵化学工業株式会社 吊 図 第 図 第 図 ］４ Ｕ ｂ Ｕ Φ 第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜層を含有する半導体素子において、前記絶
   縁膜層の表面がプラズマ処理されたプラズマ絶縁膜を有
   することを特徴とする半導体素子。
2. （２）前記半導体素子が前記絶縁膜層及びプラズマ絶縁
   膜により分離された多層配線構造を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
3. （３）前記絶縁膜層が保護膜として用いられることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体素子。
4. （４）前記絶縁膜層が窒素Ｎ、炭素Ｃ、酸素Ｏ又はこれ
   らの混合物を含有するシリコン化合物からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記
   載の半導体素子。
5. （５）絶縁膜層を含有する半導体素子の製造方法におい
   て、前記絶縁膜層を形成した後、該絶縁膜の表面をプラ
   ズマ処理することを特徴とする半導体素子の製造方法。