JPH09139383A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09139383A
JPH09139383A JP30497095A JP30497095A JPH09139383A JP H09139383 A JPH09139383 A JP H09139383A JP 30497095 A JP30497095 A JP 30497095A JP 30497095 A JP30497095 A JP 30497095A JP H09139383 A JPH09139383 A JP H09139383A
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久晴 清田
Hisao Hayashi
久雄 林
Hisayoshi Yamoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板と保護膜との界面の電荷の密度を
低下させ、配線材の腐食を防止する。 【解決手段】 半導体基板に形成した保護膜上に、少な
くとも一層の不純物を含むシリケート・ガラス膜と、水
素を含む窒化シリコン膜とを有する半導体装置におい
て、上記保護膜とシリケート・ガラス膜の間に保護膜と
接して窒化シリコン膜を形成するとともに、この窒化シ
リコン膜と上記水素を含む窒素シリコン膜の間に燐の含
有量が5重量%以下のシリケート・ガラス膜を少なくと
も一層形成する。保護膜と接して形成される窒化シリコ
ン膜の膜厚は、100〜500オングストロームであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に複数
個のMOS FET等の素子が形成された半導体装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、NチャンネルMOS型FET
(電界効果トランジスタ)あるいはバイポーラ・トラン
ジスタを有するIC(集積回路)やLSI(大規模集積
回路)等の半導体装置において、半導体基板上にAsS
G(砒素シリケート・ガラス)等より成るリフロー膜を
形成し、さらにこのリフロー膜上に直接あるいはSiO
2層を介してプラズマSiN(窒化シリコン)膜を形成
した構造が知られている。
【0003】すなわち、図3はこのような半導体装置の
一例として、NチャンネルMOS型FET30,30を
有するICあるいはLSIの一部を示している。この第
3図において、例えばN型シリコン半導体基板31の表
面に臨んでP型領域32が形成され、このP型領域32
の表面に臨んで上記FET素子30,30のソース、ド
レイン領域となるN+型領域が拡散法等により形成され
ている。ここで、P型領域32の表面には選択酸化法等
によりSi02の絶縁保護層膜33を形成し、この保護
層膜33上にPoly−Si(多結晶シリコン)より成
るゲート電極34や配線電極35等を形成した後、PS
G(燐シリケート・ガラス),BPSG(ホウ素・燐シ
リケート・ガラス),AsSG(アンチモン・シリケー
ト・ガラス)のリフロー膜36を形成している。この例
えばAsSGのリフロー膜36は、比較的低温でリフロ
ー処理が行え、Al(アルミニウム)電極35等を形成
したときのAlの腐食やマイグレーションによる悪影響
が少なく配線の信頼性が高い等の特徴を有している。次
に、AsSGリフロー膜36上に、必要に応じてAl電
極37等を形成した後、表面安定化(パシベーション)
用のSiN(窒化シリコン)膜38をプラズマCVD法
により被着形成する。このプラズマSiN膜38は、耐
湿性や化学的安定性あるいは物理的安定性に優れ、また
比較的低温で被着形成が行えるという利点を有してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
AsSGリフロー膜36上にプラズマSiN膜38を積
層形成した構造において、いわゆるフォーミング・アニ
ールを例えば350〜450℃の温度範囲で30分〜1
20分程度行うと、基板のSiとSiO2絶縁保護膜3
3との界面に存在する電荷の密度QSSが著しく増大し、
特に各FET素子30,30間の素子分離領域39の界
面電荷密度QSSが増大することによって、素子間の絶縁
分離が有効に行えなくなる。すなわち、通常のQSSの値
は1〜5×1010cm-2程度であるのに対し、上記構成
におけるQSSの値は1〜5×1212cm-2にも達し、素
子分離領域39が略導通状態に近くなってしまう。
【0005】これは、プラズマSiN膜38が〔H〕
(水素)を5〜20atm%と比較的多量に含んでいる
・、及び上記リフロー膜36となるAsSGあるいはS
bSG等をCVD形成するときのソース・ガスにAsC
2やSbCl2等のCl(塩素)系ガスを用いている点
が原因となって、上記アニール処理時に、プラズマSi
N膜38の〔H〕が移動し、途中のリフロー膜36に捕
えられることなくSi(基板)―SiO2(保護層)界
面にまで到達して電荷として蓄積され、いわゆるフィー
ルド反転現象が生じて上記素子分離領域のSi―SiO
2界面に疑似的なNチャンネル形成されてしまうからと
考えられている。
【0006】なお、光CVD法やスパッタリング等によ
り被着形成されたSiN(窒化シリコン)膜にも水素が
含まれており、上述したプラズマSiN膜と同様な悪影
響が生じ得る。
【0007】また、配線電極にAl(アルミニウム)を
用いる場合には、層間絶縁膜によるAl腐食を防止する
ことが必要とされる。
【0008】本発明は、このような実情に鑑み、AsS
G等のシリケート・ガラスによりリフロー膜と、水素を
含む窒化シリコン膜とが積層形成された半導体装置にお
ける基板と保護層との界面の電荷密度の増大を抑えると
ともに、Al配線電極等の腐食を防止可能な半導体装置
の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明の半導体装置は、半導体基板に形成した保
護膜上に、少なくとも一層の不純物を含むシリケート・
ガラス膜と、水素を含む窒化シリコン膜とを有する半導
体装置において、上記保護膜とシリケート・ガラス膜の
間に保護膜と接して窒化シリコン膜が形成されるととも
に、この窒化シリコン膜と上記水素を含む窒素シリコン
膜の間に燐の含有量が5重量%以下のシリケート・ガラ
ス膜が少なくとも一層形成されていることを特徴として
いる。
【0010】ここで、保護膜と接して形成される窒化シ
リコン膜の膜厚は、100〜500オングストロームと
することが好ましい。このように非常に薄い膜とするこ
とで、この窒化シリコン膜に含まれる水素がわずかなも
のとなり、その悪影響を回避することができる。
【0011】本発明では、保護膜と窒化シリコン膜との
間に、5重量%以下のPSG膜とSiN膜とを設けたこ
とにより、半導体基板と保護膜との界面に存在する電荷
密度QSSの増大を防止できるとともに、Al(アルミニ
ウム)配線電極の腐食も防止できる。
【0012】また、保護膜と窒化シリコンとの間に、薄
膜のSiN膜を保護膜上に設けたことにより、半導体基
板と保護膜との界面に存在する電荷密度QSS及び素子分
離領域の界面電荷密度の増大を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る好ましい実施
例について、図面を参照にしながら説明する。
【0014】図1は本発明の第1の実施例の要部を示す
略断面図であり、Si半導体基板1のP型領域の表面に
臨んで、N型のソース領域2S及びドレイン領域2Dが
例えば拡散法等によりそれぞれ複数組形成されている。
これらのソース領域2Sとドレイン領域2Dとで挟まれ
た能動領域の上方には、膜厚の薄いSiO2等より成る
ゲート絶縁膜3Gを介してPoly―Si(多結晶シリ
コン)より成るゲート電極4Gが形成されている。ここ
で、ゲート絶縁膜3Gについては、Si基板表面に対し
て例えば選択酸化法を施すことにより、他の部分の膜厚
の厚い(例えば3000〜8000オングストローム程
度の)フィールド絶縁膜3Fとともに形成すれば良い。
フィールド絶縁膜3Fには、必要に応じて例えばPol
y―Siより成る配線電極4を形成しておけば良い。こ
れらのゲート絶縁膜3G及びフィールド絶縁膜3Fより
成る絶縁保護膜3上には、SiN(窒化シリコン)薄膜
5がプラズマCVD法等により被着形成される。このS
iN薄膜5は、約100オングストロームの厚みとする
ことが望ましい。このSiN薄膜5上には、AsSG
(砒素シリケート・ガラス)が例えばCVD法により3
000〜8000オングストローム程度の厚みに被着形
成され、その後、例えば900℃、10分間程度の加熱
によるリフロー処理(あるいはガラス・フロー処理)が
施されて、AsSGリフロー膜6が形成されている。こ
のリフロー処理は、上記加熱時のガラスの流動現象を利
用して、エッチング縁部等の段部の傾斜をゆるくし、断
線等を防止するためのものである。
【0015】なお、例えばこのリフロー処理前の上記A
sSG被着形成後には、ソース、ドレイン各電極7S,
7Dが形成されることにより、NチャンネルMOS型F
ET(電界効果トランジスタ)の素子が形成されるわけ
である。
【0016】次に、AsSG膜6を例えば層間絶縁膜と
して用い、このAsSG膜6上に必要に応じてAl(ア
ルミニウム)等より成る配線電極8aを形成した後、P
SG(燐シリケート・ガラス)を例えばCVD法により
被着形成することにより、PSG膜9を形成している。
この時のPSG膜9の厚みは3000〜8000オング
ストロームとしており、P(燐)の濃度は5重量%以下
としている。
【0017】次に、PSG膜9上に、必要に応じてAl
等より成る配線電極8bを形成した後、プラズマCVD
法によりSiN(窒化シリコン)膜10を例えば750
0〜12000オングストローム(0.75〜1.2μ
m)程度の厚さに被着形成する。
【0018】このように、最上層のプラズマSiN膜1
0とSiO2等の絶縁保護層3との間に、P(燐)濃度
が5重量%以下のPSG膜9と膜厚が約100オングス
トローム程度から500オングストローム以下の範囲の
SiN薄膜5とを設けた構造によれば、絶縁保護膜3の
フィールド絶縁膜3FとSi基板1との界面電荷密度Q
SSの増大を抑制することができるのみならず、PSG膜
9のP濃度が比較的低いため、Al配線電極8a,8b
等の腐食を防止することができる。また、PSG膜を用
いているため、CVD形成したSiO2膜に比べて、ス
トレスの大幅な低減ができ減圧CVD法によるPSG膜
の形成の導入も可能となって、多層配線に好適である。
【0019】次に、図2は本発明の第2の実施例の要部
を示す概略断面図であり、Si基板11上に熱酸化法に
より形成されたSiO2より成る絶縁保護膜12上に
は、Poly―Si等より成る配線電極13が形成さ
れ、この上に膜厚が100オングストローム程度以上5
00オングストローム以下のSiN薄膜14がプラズマ
CVD法等により被着形成される。このSiN薄膜14
上にP(燐)濃度が5重量%以下のPSG膜15が10
00オングストローム〜3000オングストローム程度
の厚みに被着形成され、このPSG膜15上にAsSG
膜16が3000オングストローム〜8000オングス
トローム程度の厚みに被着形成され、リフロー処理され
る。AsSGリフロー膜16上には、必要に応じてAl
等の配線電極17を形成した後、P(燐)濃度が5重量
%以下のPSG膜18を被着形成する。このPSG膜1
8上に、必要に応じてAl等の配線電極19を形成した
後、プラズマCVD法によりSiN膜20を7500〜
12000オングストローム(0.75〜1.2μm)
程度の膜厚に被着形成する。
【0020】この第2の実施例においても、前述した第
1の実施例と同様に、絶縁保護膜12とSi基板11と
の界面の電荷密度の増大を抑制でき、Al配線電極1
7,18の腐食を防止できる。
【0021】なお、本発明は、上述の実施例に限定され
るものではなく、リフロー膜としては、AsSG膜以外
にもPSG膜、BPSG(ホウ素・燐シリケート・ガラ
ス)膜、SbSG(アンチモン・シリケート)膜や、こ
れら多層構造を用いることができる。また、最上層のプ
ラズマSiN膜の代わりに、光CVD法やスパッタリン
グ法等により形成された水素を含むSiN膜を用いた場
合にも本発明を適用できることは勿論である。
【0022】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、半導体基
板と絶縁保護膜との間の界面電荷密度QSSの増大を抑制
すると同時に、Al配線電極の腐食を防止でき、また、
CVD法によるSiO2膜を層間絶縁膜とする場合に比
べてストレスの大幅な低減を図ることができる。また、
減圧CVD法によるPSG膜形成工程の導入も可能とな
り、多層配線に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の要部を示す概略断面図
である。
【図2】本発明の第2の実施例の要部を示す概略断面図
である。
【図3】従来例を示す概略断面部である。
【符号の説明】
1、11 Si基板 3、12 絶縁保護膜 5、14 SiN薄膜 6、16 AsSG膜 9、15、18 PSG膜 8a、8b、17、19 Al配線電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成した保護膜上に、少な
    くとも一層の不純物を含むシリケート・ガラス膜と、水
    素を含む窒化シリコン膜とを有する半導体装置におい
    て、 上記保護膜とシリケート・ガラス膜の間に保護膜と接し
    て窒化シリコン膜が形成されるとともに、この窒化シリ
    コン膜と上記水素を含む窒素シリコン膜の間に燐の含有
    量が5重量%以下のシリケート・ガラス膜が少なくとも
    一層形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 保護膜と接して形成される窒化シリコン
    膜の膜厚が100〜500オングストロームであること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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