JPH06349815A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属配線の上に下層のシリコン窒化膜と上層
のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション膜を形成
した後、シンターを行なうにも拘らず、金属配線に断線
不良が発生しないようにする。 【構成】 半導体基板上に層間絶縁膜４を介して複数の
金属配線３が並んで形成され、該金属配線３が下層のシ
リコン酸化膜（ＰＳＧ膜）１と上層のシリコン窒化膜２
とからなるパッシベーション膜８により覆われている。
シリコン酸化膜１は、金属配線３の各側面に形成される
部分の最大膜厚ｔが金属配線３同士の最小間隔Ｓの２分
の１よりも小さくなるように堆積されている。シリコン
窒化膜２は、シリコン酸化膜１における金属配線３の各
側面に形成されている部分同士の間に介在するように堆
積されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、特に超ＬＳＩ等の半導体装置におけるパ
ッシベーション膜の構造及びパッシベーション膜の形成
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超ＬＳＩ等の半導体装置において
は、半導体基板の素子領域の吸湿を防止したりや半導体
基板の素子領域への重金属等の不純物の侵入を防止する
ために、半導体基板上にトランジスタや金属配線を形成
した後、トランジスタ及び金属配線を下層のシリコン酸
化膜と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーショ
ン膜により覆う構造が採用されている。

【０００３】この場合、下層のシリコン酸化膜は上層の
シリコン窒化膜のストレスの緩衝膜として機能し、上層
のシリコン窒化膜は半導体基板の素子領域への水分又は
重金属の混入を防止する機能を有している。また、下層
のシリコン酸化膜としてリンを含有したシリコン酸化膜
（以下、ＰＳＧ膜と記す。）が用いられる場合には、該
ＰＳＧ膜は、ナトリウム等のアルカリ金属を除去するゲ
ッタリング層として機能する。

【０００４】以下、従来の半導体装置の一例について図
面を参照しながら説明する。図１１は従来の半導体装置
の断面構造を示し、図１２は金属配線３及びパッシベー
ション膜８の拡大断面構造を示している。

【０００５】同図に示すように、半導体基板１０上に
は、ゲート酸化膜１１を介してポリシリコンゲート電極
１２が形成されていると共に、ＭＯＳトランジスタのソ
ース領域及びドレイン領域１３が形成されている。な
お、半導体基板１０上には、ＬＤＤ構造やＬＯＣＯＳ酸
化膜が形成されているが、図１１においてはこれらを省
略している。また、半導体基板１０上には、ボロン及び
リンを含有し熱処理により平坦化された層間絶縁膜とな
るシリコン酸化膜（以下、ＢＰＳＧ膜と記す。）１４が
７００ｎｍの膜厚に形成されており、該ＢＰＳＧ膜１４
に形成されたコンタクトとなる開口部にはタングステン
１５が充填されている。ＢＰＳＧ膜１４上には、所定の
パターンにエッチングされたアルミニウム合金よりなり
配線及びボンディング用の電極となる金属配線３が８０
０ｎｍの膜厚に形成されている。

【０００６】ＢＰＳＧ膜１４上には金属配線３を覆うよ
うに下層の膜厚３００ｎｍのＰＳＧ膜１と上層の膜厚８
００ｎｍのシリコン窒化膜２とからなるの２層構造のパ
ッシベーション膜８が形成されており、該パッシベーシ
ョン膜８には、ボンディング用の開口部１６が設けられ
ている。

【０００７】前記のような構造の半導体装置の製造工程
においては、通常、ソース及びドレイン領域１３と金属
配線３とのオーミックなコンタクトを得ると共にドライ
エッチングによるトランジスタへのダメージを回復する
ために、４００℃から４５０℃の１５分間程度のシンタ
ーが必要である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような構造の半導体装置においては、高集積化及び微細
化が進み、金属配線の幅及び金属配線同士の間隔が小さ
くなると、シンターを施した後に、金属配線に断線不良
が発生しやすいということが新たに分かった。

【０００９】前記に鑑み、本発明は、金属配線の上に下
層のシリコン窒化膜と上層のシリコン窒化膜とからなる
パッシベーション膜を形成した後、シンターを行なうに
も拘らず、金属配線に断線不良が発生しないようにする
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ところで、本願発明者ら
は、断線不良が発生した金属配線３を調べた結果、以下
に説明する原因により金属配線３に断線不良が発生する
ことを見出した。

【００１１】図１３は、従来と同様の方法によりパッシ
ベーション膜８を形成した後にシンターを行なった半導
体装置における金属配線３の幅と断線不良の発生率との
関係を示している。図１３から明らかなように、金属配
線３の幅が０．７μｍよりも小さくなると断線不良が発
生することが分かった。また、断線した金属配線３にお
いては金属配線３を構成する金属の結晶粒界にＨ₂ Ｏが
侵入していることも分かった。

【００１２】従って、多孔性であるＰＳＧ膜１が製造工
程においてＨ₂ Ｏを吸収し、ＰＳＧ膜１に吸収されたＨ
₂ Ｏがシンターにより膨張して金属配線３を構成する金
属の結晶粒界に侵入することにより断線不良が発生し、
ＰＳＧ膜１がＨ₂ Ｏを吸収しなければ断線不良が発生し
ないものと考えられる。さらに、ＰＳＧ膜１を堆積して
からシリコン窒化膜２を堆積するまでの放置時間が、Ｐ
ＳＧ膜１の吸湿つまり金属配線３の断線に大きく影響す
ると考えられる。

【００１３】表１及び図１（ａ），（ｂ）は、アルミニ
ウム合金よりなる金属配線３の配線幅が０．５μｍであ
る半導体装置において、ＰＳＧ膜１を堆積してからシリ
コン窒化膜３を堆積するまでの放置時間と断線不良によ
る歩留まりとの関係を示している。表１及び図１から、
放置時間が１０時間以下であれば、断線不良が発生しな
いことを見出だした。

【００１４】

【表１】

【００１５】ＰＳＧ膜１の吸湿の影響をさらに詳しく調
べるため、ＰＳＧ膜１のみをシリコン基板よりなる半導
体基板上に堆積した後、該半導体基板を大気中に放置
し、この放置時間に対する水の吸湿量の関係を昇温脱離
ガス分析法により測定した。

【００１６】図２は、ＰＳＧ膜１を大気中に放置する時
間を変化させた試料を室温から４５０℃まで加熱したと
きに、各試料から放出される水分量を質量分析により測
定した結果を示している。図２より、ＰＳＧ膜１を大気
中に僅かな時間さらすだけで吸湿量が増大することが分
かる。これはＰＳＧ膜１中の酸化リンが吸湿しやすいこ
と、及びＰＳＧ膜１が４００℃程度の温度下で堆積され
るため多孔質であって吸湿しやすい性質を有しているこ
とによるものと考えられる。図１及び図２の結果を総合
すると、ＰＳＧ膜１における水分が堆積時の１．５倍に
なると断線不良が発生することも判明した。

【００１７】次に、吸湿したＰＳＧ膜１が断線を引き起
こす原因を調べるために、吸湿しておらず断線が発生し
なかった試料、及びＰＳＧ膜１の堆積からシリコン窒化
膜２の堆積まで１７０時間放置することによりＰＳＧ膜
が吸湿しており断線が発生した試料の各断面を透過型電
子顕微鏡により観察した。図３に示すように、吸湿によ
り断線が発生した後者の試料においてはＰＳＧ膜１中に
１００ｎｍ径程度の多数の空孔（ポア）が観察され、吸
湿していない前者の試料（放置時間：０時間）において
はＰＳＧ膜１中にポアは観察されなかった。

【００１８】前記のポアは、ＰＳＧ膜１が吸湿し該ＰＳ
Ｇ膜１中に固体又は液体として存在していた水がシンタ
ーによる加熱によって気体に変化することにより形成さ
れたものと考えられる。つまり、水の気化による体積膨
張によって緻密性に欠けるＰＳＧ膜１が局部的に変形し
たと考えられる。ＰＳＧ膜１を変形させるだけの力を持
つ気体状態の水は金属配線３にも影響を及ぼす。金属配
線３に用いられるアルミニウム合金等は主に多結晶であ
るため金属配線に多くの結晶粒界を持ち、この結晶粒界
は空隙として存在している。ＰＳＧ膜１中で気化した水
の一部が、上記空隙に侵入し膨張することによって空隙
を押し広げると共に配線金属３を酸化させ、これにより
金属配線３が断線したものと考えられる。

【００１９】従って、金属配線３に断線を発生させない
ためには、ＰＳＧ膜１等のシリコン酸化膜に吸湿させな
いことが重要であり、シリコン酸化膜の形成後、速やか
にシリコン窒化膜２を形成することが重要である。

【００２０】請求項４の発明に係る半導体装置の製造方
法は、前記知見に基づいてなされたものであり、具体的
に請求項４の発明が講じた解決手段は、半導体基板上に
金属配線が形成され、該金属配線が下層のシリコン酸化
膜と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション
膜により覆われる半導体装置の製造方法を前提とし、前
記金属配線が形成されている半導体基板上に前記シリコ
ン酸化膜を堆積し、該シリコン酸化膜を堆積してから１
０時間以内に前記シリコン窒化膜を堆積する構成とする
ものである。

【００２１】次に、ＰＳＧ膜１を堆積してから１０分以
内にシリコン窒化膜２を堆積したにも拘らず、複数の金
属配線３が並んで形成され且つ金属配線３同士の間隔が
０．７μｍ未満になると、金属配線３に断線が発生する
ことがあるということが分かった。

【００２２】そこで、従来の方法により形成したパッシ
ベーション膜８の断面構造を詳細に検討したところ、図
１２に示すように、並んで設けられた金属配線３同士の
間にＰＳＧ膜１が充填されており、シリコン窒化膜２が
金属配線３同士の間に介在していないこと、及び図１４
（ａ）に示すように並んで設けられた金属配線３が互い
に反対方向に折れ曲る部分７においては、金属配線３の
側方のパッシベーション膜８同士の間に形成される空間
部９（図１２を参照）の両端が閉塞されていることを見
出した。

【００２３】以下、前者の構造、つまり並んで設けられ
た金属配線３同士の間にＰＳＧ膜１が充填されており、
シリコン窒化膜２が金属配線３同士の間に介在していな
い構造の場合に、断線が発生する問題について検討す
る。

【００２４】この場合、ＰＳＧ膜１を堆積した後、速や
かにシリコン窒化膜２を堆積しているので、製造工程に
おいてＰＳＧ膜１が吸湿するとは考えられない。

【００２５】そこで、種々検討した結果、ＰＳＧ膜１に
は形成時からＳｉ−ＯＨの結合があるため、シンターに
よる昇温によってＰＳＧ膜１におけるＳｉ−ＯＨの結合
からＯＨ基が脱離し、次の反応式によりＨ₂ Ｏが生成さ
れるものと考えられる。

【００２６】 Ｓｉ−ＯＨ＋Ｓｉ−ＯＨ→Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＋Ｈ₂ Ｏ 従って、ＰＳＧ膜１をシリコン窒化膜２によって覆う
と、ＰＳＧ膜１のＳｉ−ＯＨ結合からＯＨ基が脱離する
事態を防止できると考えられる。

【００２７】請求項１の発明に係る半導体装置及び請求
項５の発明に係る半導体装置の製造方法は、前記知見に
基づいてなされたものであり、シリコン酸化膜をシリコ
ン窒化膜によって覆うことにより、シリコン酸化膜から
のＯＨ基の脱離を防止するものである。

【００２８】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、半導体装置を、半導体基板上に複数の金属配線が並
んで形成され、前記複数の金属配線が下層のシリコン酸
化膜と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーショ
ン膜により覆われた半導体装置を前提とし、前記シリコ
ン酸化膜は、前記金属配線の各側面に形成される部分の
最大膜厚が前記金属配線同士の最小間隔の２分の１より
も小さくなるように堆積されており、前記シリコン窒化
膜は、前記シリコン酸化膜における前記金属配線の各側
面に形成されている部分同士の間に介在するように堆積
されているという構成である。

【００２９】また、請求項５の発明が講じた解決手段
は、半導体基板上に複数の金属配線が並んで形成され、
前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜と上層のシ
リコン窒化膜とからなるパッシベーション膜により覆わ
れる半導体装置の製造方法を前提とし、前記金属配線が
形成されている半導体基板の上に前記シリコン酸化膜を
前記金属配線の各側面に形成される部分の最大膜厚が前
記金属配線同士の最小間隔の２分の１よりも小さくなる
ように堆積し、該シリコン酸化膜を堆積してから１０時
間以内に前記シリコン窒化膜を前記シリコン酸化膜にお
ける前記金属配線の各側面に形成されている部分同士の
間に介在するように堆積するという構成である。

【００３０】以下、後者の構造、つまり金属配線３の側
方のパッシベーション膜８に形成される空間部９の両端
が閉塞されている場合に、断線が発生するという問題に
ついて検討する。

【００３１】この場合にも、ＰＳＧ膜１を堆積した後、
速やかにシリコン窒化膜２を堆積しているので、製造工
程においてＰＳＧ膜１が吸湿するとは考えられない。

【００３２】そこで、この場合には、以下に説明する理
由により金属配線３に断線が発生するものと考えられ
る。すなわち、金属配線３の側方のパッシベーション膜
に形成される空間部９には製造工程において水分が含ま
れており、ＰＳＧ膜１が前記空間部９の水分により吸湿
し、ＰＳＧ膜１内の水がシンターによって空間部９に水
蒸気となって放出される。ところが、空間部９の両端は
閉塞されているため、シンターによる昇温によって空間
部９の水蒸気の圧力は増し、パッシベーション膜８に高
い応力が発生し、該高い応力によって金属配線３が断線
するものと考えられる。

【００３３】従って、金属配線３の側方のパッシベーシ
ョン膜８に形成される空間部９の両端がパッシベーショ
ン膜８によって閉塞されていなければ、金属配線３に断
線が生じない筈である。

【００３４】請求項２の発明に係る半導体装置及び請求
項６の発明に係る半導体装置の製造方法は前記知見に基
づいてなされたものであり、パッシベーション膜の膜厚
を限定することにより、金属配線の側方のパッシベーシ
ョン膜に形成される空間部の両端が閉塞される事態を防
止するものである。

【００３５】具体的に請求項２の発明が講じた解決手段
は、半導体基板上に複数の金属配線が並んで形成され、
前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜と上層のシ
リコン窒化膜とからなるパッシベーション膜により覆わ
れた半導体装置を前提とし、前記パッシベーション膜
は、該パッシベーション膜の膜厚：Ｔと、前記金属配線
の高さ：Ｈと、前記金属配線同士の最小間隔：Ｓとの間
にＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成り立つように
堆積されているという構成である。

【００３６】請求項６の発明が講じた解決手段は、半導
体基板上に複数の金属配線が並んで形成され、前記複数
の金属配線が下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒
化膜とからなるパッシベーション膜により覆われる半導
体装置を前提とし、前記パッシベーション膜を、前記金
属配線が形成されている半導体基板上に前記シリコン酸
化膜を堆積してから１０時間以内に前記シリコン窒化膜
を堆積し、且つ該パッシベーション膜の膜厚：Ｔと、前
記金属配線の高さ：Ｈと、前記金属配線同士の最小間
隔：Ｓとの間にＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成
り立つように堆積するという構成である。

【００３７】請求項３の発明は、請求項２の発明の解決
原理に請求項１の発明の解決原理を付加するものであ
り、具体的には、請求項２の構成に、前記シリコン酸化
膜は、前記金属配線の各側面に形成されている部分の最
大膜厚が前記金属配線同士の最小間隔の２分の１よりも
小さくなるように堆積されており、前記シリコン窒化膜
は、前記シリコン酸化膜における前記金属配線の各側面
に形成されている部分同士の間に介在するように堆積さ
れているという構成を付加するものである。

【００３８】請求項７の発明は、請求項６の発明の解決
原理に請求項５の発明の解決原理を付加するものであ
り、具体的には、請求項６の構成に、前記シリコン酸化
膜を前記金属配線の各側面に形成される部分の最大膜厚
が前記金属配線同士の最小間隔の２分の１よりも小さく
なるように堆積し、前記シリコン窒化膜を前記シリコン
酸化膜における前記金属配線の各側面に形成されている
部分同士の間に介在するように堆積するという構成を付
加するものである。

【００３９】

【作用】請求項１又は５の構成により、シリコン酸化膜
は、金属配線の各側面に形成される部分の最大膜厚が金
属配線同士の最小間隔の２分の１よりも小さくなるよう
に堆積されているため、シリコン窒化膜は、シリコン酸
化膜における金属配線の各側面に形成されている部分同
士の間に介在するように堆積される。これにより、シン
ターによる昇温が生じても、ＰＳＧ膜におけるＳｉ−Ｏ
Ｈの結合からＯＨ基が脱離せず、ＰＳＧ膜内に水が生成
されないので、水が金属配線を構成する金属の結晶粒界
に侵入したり金属配線が酸化したりすることはない。

【００４０】請求項２又は６の構成により、パッシベー
ション膜は、パッシベーション膜の膜厚：Ｔと、金属配
線の高さ：Ｈと、金属配線同士の最小間隔：Ｓとの間に
Ｔ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成り立つため、金
属配線の側方のパッシベーション膜に形成される空間部
の端部は開放されている。このため、前記空間部の水分
によりＰＳＧ膜が吸湿し、該ＰＳＧ膜内の水がシンター
によって前記空間部に水蒸気となって放出されても、前
記空間部の水蒸気の圧力が増大しないので、パッシベー
ション膜には高い応力が生じない。

【００４１】請求項４の構成により、シリコン酸化膜を
堆積してから１０時間以内にシリコン窒化膜を堆積する
ため、パッシベーション膜の形成工程においてシリコン
膜が殆ど吸湿しないので、シンターを行なっても、水が
金属配線を構成する金属の結晶粒界に侵入したり金属配
線が酸化したりすることはない。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例に係る半導体装置
及びその製造方法について図面を参照しながら説明す
る。

【００４３】図４は、第１実施例に係る半導体装置の断
面構造を示しており、図示しない半導体基板の上には平
坦化された層間絶縁膜４が形成され、該層間絶縁膜４の
上にはアルミニウム合金よりなる高さ８００ｎｍの金属
配線３が並んで形成されている。

【００４４】金属配線３の上にはシリコン酸化膜として
のＰＳＧ膜１が形成され、該ＰＳＧ膜１の上にはシリコ
ン窒化膜２が形成されている。第１実施例の特徴とし
て、金属配線３同士の最小間隔：Ｓと、ＰＳＧ膜１の最
大膜厚ｔとの間にｔ＜Ｓ／２の関係が成り立っている。
このため、金属配線３の側方のＰＳＧ膜１同士の間には
隙間が形成され、該隙間にはシリコン窒化膜２が堆積さ
れている。ＰＳＧ膜１の膜厚は金属配線３の側方におい
ては上側が厚くて下側が薄いので、金属配線３同士の間
のシリコン窒化膜２には金属配線３の長さ方向に延びる
空間部９が形成されている。

【００４５】以下、前記構造を有する半導体装置の製造
方法について説明する。

【００４６】まず、層間絶縁膜４の上に高さ８００ｎｍ
のアルミニウム合金よりなる金属配線３を形成する。

【００４７】次に、常圧ＣＶＤ法によりＰＳＧ膜１を金
属配線３の上面を覆い且つ金属配線３同士の最小間隔：
Ｓと、ＰＳＧ膜１の膜厚ｔとの間にｔ＜Ｓ／２の関係が
成り立つように堆積する。

【００４８】次に、ＰＳＧ膜１が堆積された半導体基板
を、常圧ＣＶＤ装置から不活性ガス例えば窒素ガスが封
入された移動用のボックスに移して、シリコン窒化膜を
堆積するためのプラズマＣＶＤ装置に大気に晒すことな
く移す。

【００４９】次に、プラズマＣＶＤ法によりＰＳＧ膜１
の上に膜厚８００ｎｍのシリコン窒化膜２を堆積する。
この場合、金属配線３同士の最小間隔：Ｓと、ＰＳＧ膜
１の最大膜厚ｔとの間にｔ＜Ｓ／２の関係が成り立つの
で、シリコン窒化膜２は金属配線３の側面のＰＳＧ膜１
同士の間にも確実に堆積される。これにより、金属配線
３の上面及び側面同士の間に、ＰＳＧ膜１とシリコン窒
化膜２とからなる２層構造のパッシベーション膜８が形
成される。

【００５０】次に、パッシベーション膜８にボンディン
グ用の開口部（図１１における符号１６と対応する。）
をレジストをマスクとするドライエッチングにより形成
した後、４００℃の温度下において１５分間のシンター
を行なう。

【００５１】尚、前記第１実施例においては、ＰＳＧ膜
１の堆積を常圧ＣＶＤ装置により行ない、シリコン窒化
膜２の堆積をプラズマＣＶＤ装置により行なったが、こ
れに代えて、ＰＳＧ膜１の堆積及びシリコン窒化膜２の
堆積をプラズマＣＶＤ装置により行なってもよい。この
場合には、プラズマＣＶＤ装置内のガスを入れ替える
間、半導体基板を一旦プラズマＣＶＤ装置のロードロッ
ク室に移しておく必要がある。このようにすることによ
り、金属配線３の上に堆積されたＰＳＧ膜１が大気に晒
されないので、シリコン窒化膜２の堆積までにＰＳＧ膜
１が吸湿することがない。

【００５２】図５は、ＰＳＧ膜１に対して昇温脱離ガス
分析（以下、ＴＤＳ分析と称する。）を行ない、Ｈ₂ Ｏ
（分子量：１８）の脱ガス量を測定した結果を示してお
り、図５における横軸は加熱温度を示し、縦軸は放出水
分量を示している。また、図５において、Ａは半導体基
板の上に膜厚１μｍのＰＳＧ膜１を堆積したサンプルを
示し、Ｂは半導体基板の上に膜厚１μｍのＰＳＧ膜１を
堆積し、その上に膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜２を堆
積したサンプルを示している。

【００５３】図５より、ＰＳＧ膜１を加熱すると該ＰＳ
Ｇ膜１から水分が放出されることが分かると共に、ＰＳ
Ｇ膜１の上にシリコン窒化膜２を５０ｎｍの膜厚でも堆
積すると、ＰＳＧ膜１からの水分の放出が低減すること
が分かる。

【００５４】従って、第１実施例に係る半導体装置によ
ると、金属配線３の側面同士の間にシリコン窒化膜２が
介在しているので、ＰＳＧ膜１が水分を吸収し難くなる
ことが理解できる。このため、第１実施例に係る半導体
装置によると、シンターを行なっても、ＰＳＧ膜１から
放出される水分が少ないため、水の分子が金属配線３を
構成する金属の結晶粒界に侵入したり金属配線３が酸化
したりしなくなるので、金属配線３には断線が発生しな
い。

【００５５】表２及び図６は、金属配線３の幅が０．５
μｍであり、金属配線３同士の最小間隔：Ｓが０．７μ
ｍである場合の金属配線３の歩留まりを示している。Ｓ
／２＝０．３５μｍであるから、ＰＳＧ膜１の最大膜厚
ｔが３００ｎｍの場合には、前述のｔ＜Ｓ／２の式が成
り立つので１００％の歩留まりが得られ、ＰＳＧ膜１の
最大膜厚ｔが４００ｎｍの場合には前述のｔ＜Ｓ／２の
式が成り立たないので、金属配線３の歩留まりは１％に
過ぎない。

【００５６】

【表２】

【００５７】以下、本発明の第２実施例に係る半導体装
置及びその製造方法について説明する。

【００５８】第２実施例は、図４に基づき説明した第１
実施例と基本的には同様の構造及び製造方法を有してい
るが、パッシベーション膜８については、パッシベーシ
ョン膜８の膜厚：Ｔと、金属配線３の高さ：Ｈと、金属
配線３同士の最小間隔：Ｓとの間にＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／
２）^1/2 の関係が成り立つように堆積されている。

【００５９】従って、以下の説明においては、第１実施
例と異なる箇所のみについて説明する。

【００６０】図７は、前記のＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）
^1/2 の関係式の根拠を示すものであり、図８（ａ），
（ｂ）における金属配線３の折曲り部７の状態を示して
いる。金属配線３の折曲り部７におけるパッシベーショ
ン膜８の膜厚：Ｔは、 Ｔ＝（Ｈ² ＋Ｌ² ）^1/2 ……（１）で表される。

【００６１】但し、Ｌは一辺の長さがＳ／２である直角
二等辺三角形の斜辺の長さであり、Ｌ＝｛（Ｓ／２）²
×２｝^1/2 ＝（Ｓ／２）^1/2 ……（２）である。

【００６２】（２）式を（１）式に代入すると、Ｔ＝
（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 ……（３）の式が得られる。こ
の式におけるＴは、金属配線３の折曲り部７の上端の角
部におけるパッシベーション膜８の膜厚を示している。
従って、パッシベーション膜８の膜厚がＴよりも小さけ
れば、つまりＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成り
立てば、図８（ｃ）に示すように、金属配線３の側面同
士の間のパッシベーション膜８に形成される空間部９の
端部が開放されることを意味する。

【００６３】このため、第２実施例に係る半導体装置に
よると、金属配線３の側面同士の間に形成されるパッシ
ベーション膜８の空間部９の端部が開放されているた
め、シンターによりＰＳＧ膜１から放出されたＨ₂ Ｏは
空間部９の端部から外部に放出される。このため、シン
ターによる昇温によって空間部９の圧力が増し、パッシ
ベーション膜８に高い応力が発生する事態が避けられ、
高い応力によって金属配線３が断線する事態を回避でき
る。

【００６４】表３及び図９は、第２実施例を評価するた
めに行なったテスト結果であり、金属配線３の高さ：Ｈ
が８００ｎｍであり、金属配線３同士の最小間隔：Ｓが
７００ｎｍである金属配線３にパッシベーション膜８の
膜厚：Ｔを変えて金属配線３の歩留まりを調べた結果を
示している。

【００６５】

【表３】

【００６６】Ｔ＝９００ｎｍのときには、９００＜（８
００² ＋７００² ／２）^1/2 であるため配線の歩留まり
が１００％であるのに対して、Ｔ＝１０００ｎｍのとき
には、１０００＞（８００² ＋７００² ／２）^1/2 であ
るため配線の歩留まりは４０％に過ぎない。

【００６７】表４及び図１０は、第１実施例及び第２実
施例を総合して考慮した場合に断線を防止できる範囲を
示している。

【００６８】

【表４】

【００６９】表４より以下の結論を得ることができる。
すなわち、ＰＳＧ膜１が吸湿すると、つまりＰＳＧ膜
１を堆積してから１０時間を超えて放置した後、シリコ
ン窒化膜２を堆積する場合には、金属配線３の側面同士
の間にシリコン窒化膜２が介在していても、また、金属
配線３の側面同士の間の空間部９の端部が開放されてい
ても断線が発生する。ＰＳＧ膜１が吸湿しない場合で
あって金属配線３の側面同士の間にシリコン窒化膜２が
介在している場合には、金属配線３の側面同士の間の空
間部９の端部が閉塞されていても断線は発生しない。
ＰＳＧ膜１が吸湿しない場合であって金属配線３の側面
同士の間の空間部９の端部が開放されている場合には、
金属配線３の側面同士の間にシリコン窒化膜２が介在し
ていなくても断線は発生しない。

【００７０】前述の結論を図１０に基づき説明すると、
ＰＳＧ膜１を堆積してから１０時間以内にシリコン窒化
膜２を堆積し、且つＰＳＧ膜１の膜厚及びシリコン窒化
膜２の膜厚が図１０（ａ）又は（ｂ）のいずれかのハッ
チング領域内に位置しておれば、断線を防止できること
になる。

【００７１】尚、前記第１実施例及び第２実施例におい
ては、金属配線３はアルミニウム合金配線であったが、
これに代えて、アルミニウム配線、銅配線、又は高融点
金属とアルミニウム合金とからなる多層配線等、他の金
属系の配線を用いる場合であっても本発明の効果は得ら
れる。

【００７２】

【発明の効果】請求項１の発明に係る半導体装置による
と、シンターを行なっても、ＰＳＧ膜におけるＳｉ−Ｏ
Ｈの結合からＯＨ基が脱離することがないため、ＰＳＧ
膜内に水が生成されず、水が金属配線を構成する金属の
結晶粒界に侵入したり金属配線が酸化したりしないの
で、金属配線に断線が発生することはない。

【００７３】請求項２の発明に係る半導体装置による
と、ＰＳＧ膜内の水がシンターによって金属配線の側方
のパッシベーション膜に形成される空間部に水蒸気とな
って放出されても、前記空間部の圧力が増大しないた
め、パッシベーション膜に高い応力が発生しないので、
金属配線に断線が発生することはない。

【００７４】請求項３の発明に係る半導体装置による
と、請求項１の発明と請求項２の発明との相乗効果によ
り金属配線に断線が発生する事態を一層確実に防止でき
る。

【００７５】請求項４の発明に係る半導体装置の製造方
法によると、パッシベーション膜の形成工程においてシ
リコン膜が殆ど吸湿しないため、シンターを行なって
も、水が金属配線を構成する金属の結晶粒界に侵入した
り金属配線が酸化したりしないので、金属配線に断線が
発生することはない。

【００７６】請求項５の発明に係る半導体装置の製造方
法によると、シンターを行なってもＰＳＧ膜内に水が生
成されないので、金属配線に断線が発生することはな
い。

【００７７】請求項６の発明に係る半導体装置の製造方
法によると、ＰＳＧ膜内の水が金属配線の側方のパッシ
ベーション膜に形成される空間部に放出されても、パッ
シベーション膜に高い応力が生じず、金属配線に断線が
発生することはない。

【００７８】請求項７の発明に係る半導体装置の製造方
法によると、請求項５の発明と請求項６の発明との相乗
効果により金属配線に断線が発生する事態を一層確実に
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法の解
決原理を説明する図である。

【図２】ＰＳＧ膜を大気中に放置する時間を変化させた
試料を加熱したときにおける放置時間と各試料から放出
される水分量との関係を示す図である。

【図３】ＰＳＧ膜を大気中に放置する時間を変化させた
試料を加熱したときにおける放置時間とポア数との関係
を示す図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る半導体装置の断面図
である。

【図５】前記第１実施例を評価する試験結果であり、Ｐ
ＳＧ膜の上にシリコン窒化膜を堆積しなかった場合と堆
積した場合とにおける加熱温度と放出水分量との関係を
示す図である。

【図６】前記第１実施例を評価する試験結果であり、Ｐ
ＳＧ膜の最大膜厚と金属配線の歩留まりとの関係を示す
図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る半導体装置におい
て、パッシベーション膜の膜厚：Ｔと金属配線の高さ：
Ｈと金属配線同士の最小間隔：Ｓとの間に、Ｔ＜（Ｈ²
＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成り立つ根拠を説明する図で
ある。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は前記第２実施例に係る半導
体装置における金属配線の折曲り部の平面図であり、
（ｃ）は前記折曲り部の状態を示す断面斜視図である。

【図９】前記第２実施例を評価する試験結果であり、金
属配線の高さが８００ｎｍであり、金属配線同士の最小
間隔が７００ｎｍである金属配線にパッシベーション膜
を膜厚を変えて堆積した場合の金属配線の歩留まりを示
す図である。

【図１０】前記第１実施例及び第２実施例を総合して考
慮した場合に断線を防止できるＰＳＧ膜及びパッシベー
ション膜の膜厚の範囲を示す図である。

【図１１】従来の半導体装置の断面図である。

【図１２】従来の半導体装置の部分拡大図である。

【図１３】従来と同様の方法によりパッシベーション膜
を形成した後にシンターを行なった半導体装置における
金属配線の幅と断線の発生率との関係を示す図である。

【図１４】（ａ）は従来の半導体装置における金属配線
の折曲り部の平面図であり、（ｂ）は前記折曲り部の状
態を示す断面斜視図である。

【符号の説明】

１ ＰＳＧ膜（シリコン酸化膜） ２ シリコン窒化膜 ３ 金属配線 ４ 層間絶縁膜 ７ 金属配線の折曲り部 ８ パッシベーション膜 ９ 空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 航作 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に複数の金属配線が並んで
   形成され、前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜
   と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション膜
   により覆われた半導体装置において、前記シリコン酸化
   膜は、前記金属配線の各側面に形成される部分の最大膜
   厚が前記金属配線同士の最小間隔の２分の１よりも小さ
   くなるように堆積されており、前記シリコン窒化膜は、
   前記シリコン酸化膜における前記金属配線の各側面に形
   成されている部分同士の間に介在するように堆積されて
   いることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上に複数の金属配線が並んで
   形成され、前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜
   と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション膜
   により覆われた半導体装置において、前記パッシベーシ
   ョン膜は、該パッシベーション膜の膜厚：Ｔと、前記金
   属配線の高さ：Ｈと、前記金属配線同士の最小間隔：Ｓ
   との間にＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）^1/2 の関係が成り立つ
   ように堆積されていることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 前記シリコン酸化膜は、前記金属配線の
   各側面に形成されている部分の最大膜厚が前記金属配線
   同士の最小間隔の２分の１よりも小さくなるように堆積
   されており、前記シリコン窒化膜は、前記シリコン酸化
   膜における前記金属配線の各側面に形成されている部分
   同士の間に介在するように堆積されていることを特徴と
   する請求項２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 半導体基板上に金属配線が形成され、該
   金属配線が下層のシリコン酸化膜と上層のシリコン窒化
   膜とからなるパッシベーション膜により覆われる半導体
   装置の製造方法において、前記金属配線が形成されてい
   る半導体基板上に前記シリコン酸化膜を堆積し、該シリ
   コン酸化膜を堆積してから１０時間以内に前記シリコン
   窒化膜を堆積することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 半導体基板上に複数の金属配線が並んで
   形成され、前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜
   と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション膜
   により覆われる半導体装置の製造方法において、前記金
   属配線が形成されている半導体基板の上に前記シリコン
   酸化膜を前記金属配線の各側面に形成される部分の最大
   膜厚が前記金属配線同士の最小間隔の２分の１よりも小
   さくなるように堆積し、該シリコン酸化膜を堆積してか
   ら１０時間以内に前記シリコン窒化膜を前記シリコン酸
   化膜における前記金属配線の各側面に形成されている部
   分同士の間に介在するように堆積することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 半導体基板上に複数の金属配線が並んで
   形成され、前記複数の金属配線が下層のシリコン酸化膜
   と上層のシリコン窒化膜とからなるパッシベーション膜
   により覆われる半導体装置において、前記パッシベーシ
   ョン膜を、前記金属配線が形成されている半導体基板上
   に前記シリコン酸化膜を堆積してから１０時間以内に前
   記シリコン窒化膜を堆積し、且つ該パッシベーション膜
   の膜厚：Ｔと、前記金属配線の高さ：Ｈと、前記金属配
   線同士の最小間隔：Ｓとの間にＴ＜（Ｈ² ＋Ｓ² ／２）
   ^1/2 の関係が成り立つように堆積することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記シリコン酸化膜を前記金属配線の各
   側面に形成される部分の最大膜厚が前記金属配線同士の
   最小間隔の２分の１よりも小さくなるように堆積し、前
   記シリコン窒化膜を前記シリコン酸化膜における前記金
   属配線の各側面に形成されている部分同士の間に介在す
   るように堆積することを特徴とする請求項６に記載の半
   導体装置の製造方法。