JPH06132284A - 半導体装置の保護膜形成方法 - Google Patents

半導体装置の保護膜形成方法

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JPH06132284A
JPH06132284A JP4284351A JP28435192A JPH06132284A JP H06132284 A JPH06132284 A JP H06132284A JP 4284351 A JP4284351 A JP 4284351A JP 28435192 A JP28435192 A JP 28435192A JP H06132284 A JPH06132284 A JP H06132284A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】硬度、応力、水素含有量など全てにおいて満足
できる信頼性の大きな半導体装置の保護膜形成方法を提
供する。 【構成】一般式 (R12 N)n SiH4-n (ただし、上記において、R1 、R2 基がH−、CH3
−、C25 −、C3 7 −、C49 −のいずれかで
あり、そのうち少なくとも一つがH−でない。nは1〜
4の整数である)で表される有機シラン化合物を原料ガ
スとして化学気相成長法により窒化珪素膜を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の保護膜形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の薄膜作成方
法に関するものであり、特に高信頼性を有する半導体を
保護するパッシベーション膜の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の保護膜はデバイスの活性領
域への外部から来る水分やナトリウムなどのアルカリ金
属等の異物の侵入を遮断するとともに、その硬い膜によ
りデバイスを損傷から保護することなどの働きにより、
デバイスの信頼性を向上させる手法として用いられてき
ている。半導体装置にとって信頼性は最も重要なファク
ターであり、その製造ラインの評価を決定するものと言
える。
【0003】この保護膜の形成技術はその目的(保護対
象、形成温度等)に応じて、種々の膜が開発、実用化さ
れてきたが、その中でも、不純物侵入阻止効果(アルカ
リイオン、水分)、機械的強度、ステップカバレッジの
点から窒化珪素膜(SiN膜)が最も有効であると考え
られ、現在広範囲に使用されている。
【0004】このSiN膜の合成法として、シランガス
とアンモニア(もしくは窒素)を原料ガスとし、比較的
低温で合成できるプラズマCVD(RECVD)法が一
般的に用いられる。プラズマCVD法の他には、熱CV
D法による合成法もある。この方法によるとプラズマC
VD法で合成した膜と比較して密度、水素含有量は向上
するが、膜応力は増大してしまう。さらに、この方法は
成膜時に700〜1000℃という高温加熱を必要とす
るため、保護膜として成膜する場合プロセス的に不可能
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、プラ
ズマ合成SiN膜(正確にはSiNxy 膜)は優れた
物性を持つが、いくつかの問題点が指摘されている。例
えば、膜応力が大きい点であり、膜応力がAl配線にか
かりボイドの発生等の配線の劣化が起こり、ついには断
線に至ってしまう可能性がある。また、水素含有量が多
い点も挙げられ、膜中の含有水素がデバイスのSiO2
/Si面に侵入し、MOS特性劣化の原因となると考え
られている。さらに、プラズマからの電子やイオンの照
射によるデバイスの損傷も考慮する必要がある。今後、
デバイスがより微細化、高密度化するとこれらの問題が
顕著になり、Al配線やデバイスの信頼性が劣化する可
能性がある。
【0006】このような要請、特に応力緩和と水素含有
量の減少を目的として、現在までに種々の膜構造、成膜
方法が提案されている。例えば、特開平2−96336
号に開示されている膜構造としてフッ素を導入した膜、
特開平2−15630号に開示されている印加放電周波
数を2種類用いる方法などである。しかし、このような
方法で合成された膜も硬度、応力、水素含有量をすべて
において満足する結果は得られていない。
【0007】したがって、本発明は、硬度、応力、水素
含有量など全てにおいて満足できる信頼性の大きな半導
体装置の保護膜形成方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らが鋭意努力検
討した結果、上記プラズマSiN膜の問題点は、プラズ
マ内で生成する活性種に選択性がないことから生じるこ
とが原因であることを見いだした。すなわち、プラズマ
放電空間内で原料ガスは電子衝突で分解し反応が進む
が、この時の電子エネルギーはある分布を持つため、反
応が複雑になり、成膜に関与する反応活性種が種々存在
するようになる。そのため成膜パラメータをどのように
変えても、膜の物性は最適化されずに、例えば、水素含
有量と応力との間でトレードオフ現象が生じる。従っ
て、成膜に関与する活性種をある程度決定、制御するこ
とにより、本問題を解決できることが判った。反応を制
御する方法としてプラズマのかわりに熱分解反応を用い
る方法が考えられる。従来の熱CVD法の原料ガスはシ
ランと窒素やアンモニアを用いているため、前述したご
とく成膜には800℃程度にまで上げなければならなか
った。このため、本研究者らは低温化できるガスについ
て、研究を深めた結果、今回新しい有機系の反応ガスを
発見するに至った。なお、窒化膜に有機系ガス用いると
いう特許は例えば特開昭61−234533号や特開昭
62−253771号に開示されているもののようにい
くつか提案されているが、これらのものは有効なガス種
を特定しておらず、甚だ不完全なものであり、低温で成
膜可能であり、しかも膜質を制御できる原料ガスは本発
明にて表示されたガスだけである。
【0009】すなわち、本発明は、 一般式 (R12 N)n SiH4-n (ただし、上式において、R1 、R2 がH−、CH3
−、C25 −、C3 7 −、C49 −のいずれかで
あり、そのうち少なくとも一つがH−でない。nは1〜
4の整数である)で表される有機シラン化合物を原料ガ
スとして化学気相成長法により窒化珪素膜を形成するこ
とを特徴とする半導体装置の保護膜形成方法を提供す
る。
【0010】有機シラン化合物は2種類以上組み合わせ
て用いるのが好ましい。
【0011】有機シラン化合物としては、トリスジメチ
ルアミノシラン((CH32 N)3 SiH、ビスジメ
チルアミノシラン((CH32 N)2 SiH2 、ジメ
チルアミノシラン((CH32 N)SiH3 、トリス
ジエチルアミノシラン((C252 N)3 SiH、
ビスジエチルアミノシラン((C252 N)2 Si
2 、ジエチルアミノシラン((C252 N)Si
3 、トリスジプロピルアミノシラン((C372
N)3 SiH、ビスジプロピルアミノシラン((C3
72 N)2 SiH2 、ジプロピルアミノシラン((C
372 N)SiH3 、トリスジイソブチルアミノシ
ラン((C492 N)3 SiH、ビスジイソブチル
アミノシラン((C492 N)2 SiH2 、ジイソ
ブチルアミノシラン((C492 N)SiH3を用
いるのが好ましい。
【0012】
【発明の作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の方法により半導体装置に保護膜を形成するに際
しては、有機シラン化合物を原料ガスとして化学気相成
長法により半導体装置上に窒化珪素膜を形成する。
【0013】本発明においては、有機シラン化合物とし
ては、一般式 (R12 N)n SiH4-n (ただし、上式において、R1 、R2 がH−、CH3
−、C25 −、C3 7 −、C49 −のいずれかで
あり、そのうち少なくとも一つがH−でない。nは1〜
4の整数である)で表される有機化合物を少なくとも1
種用いる。
【0014】上記有機シラン化合物としては、有機シラ
ン化合物が、トリスジメチルアミノシラン((CH3
2 N)3 SiH、ビスジメチルアミノシラン((CH
32 N)2 SiH2 、ジメチルアミノシラン((CH
32 N)SiH3 、トリスジエチルアミノシラン
((C252 N)3 SiH、ビスジエチルアミノシ
ラン((C252 N)2 SiH2 、ジエチルアミノ
シラン((C252 N)SiH3 、トリスジプロピ
ルアミノシラン((C372 N)3 SiH、ビスジ
プロピルアミノシラン((C372 N)2 SiH
2 、ジプロピルアミノシラン((C372 N)Si
3 、トリスジイソブチルアミノシラン((C49
2 N)3 SiH、ビスジイソブチルアミノシラン((C
492 N)2 SiH2 、ジイソブチルアミノシラン
((C492 N)SiH3を用いるのが好ましい。
【0015】本発明の方法を実施する際にしては、図1
に模式的に示す装置を用いるのが好適である。同図にお
いて、1は原料ガス、2は基板、3はヒータ、4はオイ
ルバス、5は成膜室、6はノズル、7は排気ポンプ、8
はストップバルブ、9はガスラインである。
【0016】本発明の保護膜形成法によれば、本原料ガ
スを用い、反応を制御(温度、添加ガス等)すること
で、適当な反応活性種を選択でき、それにより膜中のS
i−H,N−H結合密度を自在に変化させられることが
でき、膜中水素含有量を制御できる。また応力に関して
も膜中のSi/N比等を調整することにより、適当な真
性応力値に設定できる。またこの2つの効果を同時に達
成できる。またプラズマを用いていないため電子やイオ
ン等による照射損傷はない。さらに、ステップカバレッ
ジの点でも有機材料の流動性から従来のプラズマSiN
膜よりは改善される。デバイスへ与える効果としては、
応力が配線に与えるストレスマイグレーション等の影響
を低減でき、寿命が向上する。また、プラズマCVD膜
の特徴である膜中の未反応結合手(ダングリングボンド
−水素移動の原因と考えられる)が少ない膜が得られる
ためMOSデバイスへの影響が低減できる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 (実施例1)本実施例においては、図1に示す装置を用
いて成膜を行った。原料ガスとしてはトリスジメチルア
ミノシラン((CH32 N)3 SiHを用いた。実験
条件は基板としてステップカバレッジ測定用のAlの配
線パターン付きのSiウエハと赤外吸収スペクトルを測
定するためのベアSiウエハを用い、ヒータにより基板
温度400℃とした。動作圧力は図示されていない圧力
コントロール装置により100torrに制御し、原料
ガスはオイルバスにて70℃に加熱され、窒素ガス10
sccmでバブリングされ成膜室に導入した。また、バ
ッファガスとして窒素を100sccm流した。この条
件で成膜した膜の赤外吸収スペクトルを図2に示す。こ
の図より、この膜がSiN結合を持つ窒化膜であること
が判った。またSi/N比は0.9程度とプラズマ合成
のものとはやや小さな値を示した。水素含有量は1.5
×1022cm-3、応力は200MPaであった。ステッ
プカバレッジも良好であった。
【0018】(実施例2)本実施例においても、実施例
1と同様に図1に示す装置を用いて成膜を行った。原料
ガスとしてはビスジエチルアミノシラン((C25
2 N)2 SiH2を用いた。この原料ガスを用いた時の
成膜条件は基板としてステップカバレッジ測定用のAl
の配線パターン付きのSiウエハと赤外吸収スペクトル
を測定するためのベアSiウエハ、基板温度は350
℃、動作圧力は80torr、オイルバスの温度は50
℃、窒素ガス10sccmによりバブリングされ成膜室
に導入した。また、バッファガスとして窒素を50sc
cm流した。この条件で成膜した膜も赤外吸収スペクト
ルより、SiN結合を持つ窒化膜であることが判った。
またSi/N比は0.8程度であった。水素含有量は
1.7×1022cm-3、応力は240MPaであった。
このガスを用いてもステップカバレッジは良好であっ
た。
【0019】(実施例3)本実施例においても、実施例
1と同様に図1に示す装置を用いて成膜を行った。原料
ガスとしてはジメチルアミノシラン((C252
N)SiH3 とトリスジメチルアミノシラン((CH
32 N)3 SiHを種々の比率で混合したものを用い
た。この時の比率はバブリングの窒素流量で規定した。
この原料ガスを用いた時の成膜条件は基板としてステッ
プカバレッジ測定用のAlの配線パターン付きのSiウ
エハと赤外吸収スペクトルを測定するためのベアSiウ
エハ、基板温度は350℃、動作圧力は80torr、
2つのオイルバスの温度は50℃、バブリングの窒素ガ
スは計10sccmとした。バッファガスとして窒素を
50sccm流した。この条件で成膜した膜も赤外吸収
スペクトルより、SiN結合を持つ窒化膜であることが
判った。また、Si/N比は2つのガスの混合比により
0.7〜1.0程度かわることが判った。水素含有量は
ほぼ1.7×1022cm-3、応力は200MPa程度で
あった。この混合ガスを用いた場合でもステップカバレ
ッジは良好であった。
【0020】(比較例)比較のため従来のプラズマCV
Dによる窒化珪素膜の成膜を行った。原料ガスとしては
シラン、アンモニア、窒素をそれぞれ10,50,40
sccm流し、13.56MHzの高周波で放電した。
圧力は0.8torr、基板温度350℃、RFパワー
密度は0.13W/cm2 とした。この条件で成膜した
膜は、赤外吸収スペクトルより、SiN結合を持つ窒化
膜であることを確認した。またこの膜のSi/N比は
1.0、水素含有量は2.6×1022cm-3と実施例に
比べて多く、応力は320MPaと大きな値であり、保
護膜としてやや劣っていることが判る。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、成膜温度は低温(40
0℃以下)のままで水素含有量の低減、応力の最適化、
プラズマ損傷の回避が可能になる。さらに、ステップカ
バレッジが改善される。またそれによりストレスマイグ
レーション等の影響を低減でき、寿命が向上したり、デ
バイスへの影響が低減できる等非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1、2、3に用いた成膜装置
の概略図である。
【図2】 本発明により形成した膜の赤外吸収スペクト
ル図である。
【符号の説明】
1 原料ガス 2 基板 3 ヒータ 4 オイルバス 5 成膜室 6 ノズル 7 排気ポンプ 8 ストップバル
ブ 9 ガスライン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (R12 N)n SiH4-n (ただし、上式において、R1 、R2 がH−、CH3
    −、C25 −、C3 7 −、C49 −のいずれかで
    あり、そのうち少なくとも一つがH−でない。nは1〜
    4の整数である)で表される有機シラン化合物を原料ガ
    スとして化学気相成長法により窒化珪素膜を形成するこ
    とを特徴とする半導体装置の保護膜形成方法。
  2. 【請求項2】有機シラン化合物を2種類以上組み合わせ
    て用いる請求項1に記載の半導体装置の保護膜形成方
    法。
  3. 【請求項3】有機シラン化合物が、 トリスジメチルアミノシラン((CH32 N)3 Si
    H、 ビスジメチルアミノシラン((CH32 N)2 SiH
    2 、 ジメチルアミノシラン((CH32 N)SiH3 、 トリスジエチルアミノシラン((C252 N)3
    iH、 ビスジエチルアミノシラン((C252 N)2 Si
    2 、 ジエチルアミノシラン((C252 N)SiH3 、 トリスジプロピルアミノシラン((C372 N)3
    SiH、 ビスジプロピルアミノシラン((C372 N)2
    iH2 、 ジプロピルアミノシラン((C372 N)SiH
    3 、 トリスジイソブチルアミノシラン((C492 N)
    3 SiH、 ビスジイソブチルアミノシラン((C492 N)2
    SiH2 、 ジイソブチルアミノシラン((C492 N)SiH
    3である請求項1または2に記載の半導体装置の保護膜
    形成方法。
JP4284351A 1992-10-22 1992-10-22 半導体装置の保護膜形成方法 Withdrawn JPH06132284A (ja)

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