JPH0492425A - 半導体装置の製造方法 - 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、積層構造の保護絶縁膜を有する半導体装置の
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＬＳＩ等に用いる半導体装置の最終金属配線上の
保護絶縁膜は、物理的損傷、コンタミネーションや水分
の侵入を防ぐ為に、低温で気相成長したプラズマシリコ
ン窒化膜が用いられ、その厚みは８０００Ａ以上を要す
る。また６　Ｘ　１０’ｄＶｎ／（ｍｅ以上の高いスト
レスを有する場合には、シリコン窒化膜のストレスを緩
和する為、一般には、下層にＣＶＤによるシリコン酸化
膜あるいはそのＰＳＧＩＱ（リンガラス）を敷いた構造
が用いられている。

従来の半導体装置の製造方法は、例えば、第３図に示す
りａく半導体素子が作り込まれたシリコン基板１１上の
フィールド絶縁膜１２や層間絶縁膜１３を介してＡ１や
その合金で厚みが１．０μｍ前後の金属配線１４上に、
第１の保護膜として３７０℃程度の比較的低温で５ｉＨ
ａと０２もしくはこれにＰＨｓを反応させて気相成長し
た３０００〜６０００Ａ程度のシリコン酸化膜２０もし
くはｐｓａｍと、更に第２の保護膜として３００〜３７
０℃程度の低温で５ｉＨａとＮＨｓあるいはＮ２とを高
周波プラズマ中で気相成長したシリコン窒化１１９２２
を約０．８μｍ積層させ、その後バターニングしたフォ
トレジストをマスクにし、まずシリコン窒化膜２２をＣ
Ｆａ、ＣＨＦｔ、ＣｐＦｓの様なフロン系ガス等を用い
てドライエツチングし、続いてシリコン酸化膜２０をＨ
Ｆ系の水溶液でウヱットエッチし外部電極取り出し用の
ポンデイスゲパッド１８を開孔している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来技術では、以十の様な問題点を有して
いる。集積回路の様にチップ化された半導体装置は、プ
リント基板等に組み込み易くする為、ワイヤーボンディ
ング、ダイボンディングし各種モールド剤でパッケージ
ングが施される。又モールド剤のストレス緩和の為、シ
リコン窒化膜の保護絶縁股上にポリイミド膜がコートさ
れる。

しかし、これら後工程では加熱処理がなされるので、圧
縮応力（Ｓｉウェハーが凸型に反る場合を差す）がＵト
かっていた保護絶縁膜のストレスは単層、積層に拘らず
開放され、例えば、ポリイミドコートの工程で４００℃
で６０分のＮ２キュアが施されると、４ｘｌＯ’ｄｙｎ
／ｃｍ２のストレスが約半分近く減少変化する。この程
度は、温度で決まり時間に依る影響は少ない。この結果
、ＭＯＳトランジスタや金属配線とのストレスバランス
が変化し、金属配線１４にＶ形をしたノツチが発生し、
初期断線不良やマイグレーション特性の劣化、ゲート膜
へのダメージ、ＭｏＳトランジスタ分離用のフィールド
トランジスタの反転耐圧の低下等を含めた品質問題が生
じていた。更に、サブミクロン近くの微細金属配線の形
成はドライエツチング化され、断面形状が急峻化される
と共にアスペクト比（段差／スペース）が大きくなる為
、保護絶縁膜を積層横道とした時に、シリコン酸化膜２
０あるいはＰＳＧ膜のカスピングによって、金属配線１
４のスペースにはボイド２１が形成され、コンタミネー
ショントラップとなる上、シリコン窒化＠２２を厚く積
層していっても金属配線１４の側壁部や底面部の厚みは
増加せず単にストレスが増加するだけで、耐湿性やバシ
ベーシ効果が弱く、半導体装置の長期信頼性に問題を生
じていた。この他金属配線上に形成するシリコン酸化膜
２０やＰＦ３Ｇ膜の気相成長条件は、絶縁膜自身のクラ
ックを発生させない様に、減圧反応を用いるが、成長速
度が４０〜１００人／　ｍ　ｉ　ｎと遅いことからパッ
チ処理をしている為、減圧やデボ時間が長くなりＡ１ヒ
ロックの成長を促し、特にサブミクロン程度に微細化さ
れた金属配線スペース間には横方向のヒロックが成長し
、リークや信頼性の問題となっていた。

本発明はかかる問題点を解決するもので、保護絶縁膜の
品質に関わる信頼性の向上を図り、微細半導体装置の安
定供給を目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

（１）本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の
最終金属配線上に保護絶縁膜として少なくとも、プラズ
マ反応による第１のシリコン窒化膜を形成する工程、該
シリコン窒化膜の形成温度より高い温度で熱処理を施す
工程、プラズマ反応による第２のシリコン窒化膜を形成
する工程、外部電極取り出し用のボンディングパッドを
開孔する工程を具備したことを特徴とする。

（２）本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の
最終金属配線上に、少なくとも、保護絶縁膜としてプラ
ズマ反応による第１のシリコン窒化膜を形成する工程、
該シリコン窒化膜の形成温度より高い温度で熱処理を施
す工程、該シリコン窒化膜をエツチングし第１のボンデ
ィングパッドを開孔する工程、プラズマ反応による第２
のシリコン窒化膜を形成する工程、該シリコン窒化膜を
エツチングし第２のボンディングパッドを開孔する工程
を具備したことを特徴とする。

〔実施例〕

第１図は本発明の半導体装置の製造方法の一実施例につ
いて説明する為の概略断面図であり、ＳｉゲートＣＭＯ
Ｓメモリーの絶縁保護膜に適用した場合を示している。

シリコン基板１１には、ＭＯＳトランジスタ、抵抗や容
量等の半導体素子が形成され、フィールド絶縁膜１２や
層間絶縁ＮＡ１３を介して不純物層１７等からのコンタ
クトホールが開孔され、ＳｌやＣｕを約１％含んだＡ１
を約１．０μｍスパッタリングした後、フォトリソ工程
で最小間隔が０．８〜１，２μｍにパターン形成した後
、Ｃ１２系のガスでドライエツチングしほぼ垂直に側面
が形成された金属配線１４を施しである。この上にロー
ドロック枚葉式ＣＶＤ装置で、約３６０℃、Ｎ２をキャ
リアーに６ｔｏｒｒの圧力で５ｉＨｎとＮ　Ｈｚをプラ
ズマ反応させシリコン窒化膜１５を約２０００人成長さ
せ第１の保護絶縁膜とした。この時、膜成長開始までの
加熱時間は２０秒、成長速度は約７０００Ａ積分であり
全処理時間は４分以内としＡ１ヒルロックの成長を抑え
である。次に４５０℃の３％Ｈ２のＡｒｓ囲気中で２０
分間熱処理を施した（第１図ａ）。この時、シリコン窒
化膜１５のストレスは開放されるが、膜厚２０００人と
薄い為に各品質特性へのダメージはない。又金属配線１
４の表面はシリコン窒化膜で覆われておりＡｌヒルロッ
クの成長はほとんどなく、配置５Ａ横方向リークは発生
しない０次に前記同様の処理によりプラズマ反応させた
シリコン窒化膜１６を約７０００Ａ積層させ第２の保護
絶縁膜とした（第１図＝ｂ）。続いて、パターニングさ
れたフォトレジストをマスクにし、積層されたシリコン
窒化膜１５．１６をＣＦ４を含むガスでドライエツチン
グし、外部電極取り出し用のボンディングパッド１８を
開孔しである（第１図−Ｃ）。

このようにしてなる半導体装置は、従来の様な後工程で
４００°Ｃ以上に加熱処理しても、第１の保ｉＩ絶縁膜
のシリコン窒化膜１５が加熱前処理でストレス開放しソ
リを固定しである為に、厚い第２の保護絶縁膜１５のシ
リコン窒化膜の後処理での変形を抑えてしまう事がわか
り、金属配線１４にＶ形のノツチがはいることもなくな
り、マイグレーション向上が図れた。この化ゲート膜、
フィールドトランジスタへのダメージ程度も改善された
。更に、保護絶縁膜自身を、従来のシリコン酸化脂分と
カスピングの少なさから、厚いシリコン窒化膜で構成で
きる為、耐湿、耐コンタミ性も向上した。又Ｈ２／Ａｒ
混合ガスを用いる熱処理は、しきい値電圧や多結晶Ｓｉ
等による高抵抗素子を安定化する意味もあるが、各単独
ガスやこの他のＮｔ＋　　Ｏｅｒ　　Ｈｅ等の単独もし
くはこれらの混合ガスを用いても良い。

尚、第１の保護絶縁膜シリコン窒化膜１５の膜厚は、特
（１に影響を与えない程度に薄くする必要があり、現実
的には約３５００Å以下が好ましい。

従って、耐湿性を確保する意味では第２の保護絶縁膜の
シリコン窒化膜１Ｇは４５００人以上の厚みが必要とな
る。

他の実施例として、収率向上の目的でレーザー等により
溶断修復を可能とする冗長回路を有するメモリーＬＳＩ
の製造にも適用したが、第３図のクロく半導体素子が形
成されシリコン基板１１のフィールド絶縁膜１２や層間
絶縁膜１３を介してコンタクトホールを開孔し、３ｉ、
Ｃｕを０゜５％程度含んだＡＩを約１．０μｍスパッタ
リングした後、フォトリソ工程で最小間隔が０．　８〜
１゜２μｍにパターン形成し、Ｃ１２系のガスでドライ
エツチングし、はぼ垂直に側面が形成された金属配線１
４を施しである。この上にロードロック枚葉式ＣＶＤ装
置により３６０℃、Ｎ２キャリアーとし６ｔｏｒｒ以下
の圧力でＳｉＨ４とＮＨｔをプラズマ反応させたシリコ
ン窒化膜１５を約１５００人成長させ第１の保護絶縁膜
とし、次に約４５０℃の３％Ｈ２のＡｒ雰囲気中で３０
分間熱処理を施した後、バターニングされたフォトレジ
ストをマスクにし、第１のボンディングパッド１９を開
孔してから、初期電気特性を測定しレーザに依る修復処
理を施し、次に前記同様に５ｉＨａ。

Ｎ　Ｈｓを含むガスをプラズマ反応させたシリコン窒化
膜１６を約７０００人積層させて、第２の保護絶縁膜１
６とした。再び、バターニングされたフォトレジストを
エツチングマスクにして、該シリコン窒化膜をＣＦ４等
のガスでドライエツチングし、外部電極取り出し用の第
２のボンディングパッド１８を再び開孔した。ここで、
第２のボンディングパッド１８の開孔のエツチング中に
、第１の保護膜のシリコン窒化膜１５が露出してくると
、エツチャーの終点検出が雛しくなる為、第２のボンデ
ィングパッド１８の開孔域は、第１のボンディングパッ
ド１９の開孔域の内側に形成した。

尚、工程途中に、気相成長やエツチング処理のプラズマ
装置等から発生する電荷消去の為、紫外線照射処理を工
程間で施しであるものにも採用した。

以上の様にしてなる半導体装置は、いずれも前記実ａ例
と同様な改善効果が認められ特性向上が図られた。

尚本発明は、ＳｉゲートＭＯ３−ＬＳＩに限らず、Ａ１
、　シリサイド、ボサイドゲートＭＯ３やバイポーラ、
ＤＭＯ３及びこれらを組み合わせたＬＳＩにも適用でき
、金属配線としてはＡ１とＳｉやＣｕとの合金に限られ
ず、Ｔｉ、　　Ｐｔ、　　Ｍｇ等を含むものや、ヒロッ
ク、コンタクトバリヤの為にＴｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｍｏ等の
高融点金属やその窒化物、ケイ化物あるいはこれらの合
金を上下に積層構造としたもの、あるいは多層配線の半
導体装置にも応用可能である。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、保護絶縁膜の構成をプラズマシリ
コン窒化膜同士の積層構造とし、その積層工程の途中に
加熱処理を施すことに依り、微細化されたＭＯＳ−ＬＳ
Ｉ等の半導体装置に於ける保護絶縁膜のストレスバラン
ス、構造や付き回りの不具合を改善し、耐湿性、金属配
線の耐マイグレーション特性等長期信頼性に係わる品質
改善効果があり、より集積化、多機能化された半導体装
置の安定供給に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂン　（ｃ）、第２図は本発明による半
導体装置の製造方法の実施例を示す概略断面図である。 第３図は、従来の半導体装置の製造方法に係わる概略断
面図である。 １１・・・シリコン基板 １２・・・フィールド絶縁膜 １３・・・層間絶縁膜 １４・・・金属配線 １５・・・第１のシリコン窒化膜 １６・・・第２のシリコン窒化膜 １７・・・不純物層 １８．１．９・・・ボンディングパッド２０・・・シリ
コン酸化膜 ２１・・・ボイド ２２・・・シリコン窒化膜 （ｂ） （Ｃ） 第１圓

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置の最終金属配線上に保護絶縁膜として
   少なくとも、プラズマ反応による第１のシリコン窒化膜
   を形成する工程、該シリコン窒化膜の形成温度より高い
   温度で熱処理を施す工程、プラズマ反応による第２のシ
   リコン窒化膜を形成する工程、外部電極取り出し用のボ
   ンディングパッドを開孔する工程を具備したことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
2. （２）半導体装置の最終金属配線上に、少なくとも、保
   護絶縁膜としてプラズマ反応による第１のシリコン窒化
   膜を形成する工程、該シリコン窒化膜の形成温度より高
   い温度で熱処理を施す工程、該シリコン窒化膜をエッチ
   ングし第１のボンディングパッドを開孔する工程、プラ
   ズマ反応による第２のシリコン窒化膜を形成する工程、
   該シリコン窒化膜をエッチングし第２のボンディングパ
   ッドを開孔する工程を具備したことを特徴とする請求項
   １記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）第２のボンディングパッド開孔領域が、第１のボ
   ンディングパッドの開孔領域より内側に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法
   。