JP4082014B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に金属配線上に形成される絶縁膜に関する。
【0002】
【従来の技術】
図21は、従来の半導体装置の要部断面図である。ここでは、750V耐圧の横型パワーMOSFETの要部断面図を示す。
p型の125Ω・cm程度の高抵抗シリコン基板1の表面層に、pウェル領域2とnウェル領域3を接して形成し、pウェル領域2の表面層にn+ ソース領域4とp+ 領域5を接して形成し、nウェル領域3の表面層にn+ ドレイン領域6を形成する。n+ ソース領域4とnウェル領域3に挟まれたpウェル領域2上にはゲート酸化膜8aを介してゲート電極を形成する。pウェル領域2とn+ ドレイン領域6に挟まれたnウェル領域3の表面にはフィールド酸化膜7aを形成し、n+ ソース領域4とp+ 領域5上にソース電極10を形成し、n+ ドレイン領域6上にはドレイン電極11を形成する。前記したゲート電極8bはフィールド酸化膜7上に張り出して形成され、ソース電極10とドレイン電極11はフィールド酸化膜上に、絶縁膜9を介して張り出して形成される。ソース電極10、ドレイン電極9および絶縁膜9上に層間絶縁膜12aを形成し、この層間絶縁膜12a上にTEOS酸化膜22(TMS酸化膜の場合もある)を形成し、このTEOS酸化膜22上に、シリコンナイトライド膜からなるパッシベーション膜23を形成する。
【0003】
この横型パワーMOSFETチップ(以下、MOSFETチップと称す)を図示しないプラスチックモールド樹脂でパッケージして完成した横型パワーMOSFETとなる。尚、TEOSとはTetraethyl−Ortho−Silicateで、Si(C2 H5 O)4 のことで、TMSとはTri−Methoxy−Silaneで、HSi(CH3 O)3 のことである。
【0004】
本素子のn+ ソース領域4とn+ ドレイン領域6間に700V程度未満の逆バイアスが印加されると、p型の高抵抗シリコン基板1とnウェル領域3との間のpn接合にバランスよく空乏層が伸びることで電界を緩和し高耐圧化を達成している。
しかし、700V以上の耐圧を有するMOSFETチップを、プラスチックモールド樹脂でパッケージした高耐圧の横型パワーMOSFETでは、高電圧を印加すると、モールド樹脂中の可動イオンや電荷24(電子のこと)の影響によって、フィールド酸化膜7下のpウェル領域3に形成される空乏層の伸びに影響を与えて、横型パワーMOSFETの耐圧が低下する不具合が起きる。
【0005】
これは、印加電圧によって図示しないモールド樹脂中の可動イオンや電荷24が図のように誘起され、MOSFETチップを構成する酸化膜、特にTEOSやTMS等の有機シランを原料ガスとして成膜されたプラズマ酸化膜22が、この可動イオンや電荷24によって、分極を起こす。この分極によって、図のように、プラズマ酸化膜22中に電荷25が誘起され、その電荷25によって、デバイス内部の電界強度分布が変動するためである。
【0006】
これを防止するために、700V以上の高耐圧の横型パワーMOSFETのような高耐圧デバイスでは、分極を起こし易い有機シランを原料ガスとするプラズマ酸化膜の代わりに、比較的分極が起こりにくいモノシラン(SiH4 )を原料ガスとするプラズマ酸化膜が用いられている。
このプラズマ酸化膜はパッシベーション膜23として用いられるプラズマ窒化膜の耐水性を向上させるために、金属配線等を形成したときにできる下地段差を低減するためや、多層配線の層間絶縁膜として用いられるものであり、一般的な並行平板方式のプラズマCVD装置で成膜され、平坦化のためにレジストエッチバック法やSOG(Spin on glass)エッチバック法あるいはまた異方性エッチングと組み合わせて用いられる。
【0007】
また、近年、デバイスの高機能化を図るために、高耐圧デバイスとこの高耐圧デバイスを制御する制御回路用の低耐圧デバイスを同一チップ上に形成したワンチップパワーICの開発が盛んである。この制御回路用の低耐圧デバイスの低消費電力化や高機能化のために、微細化と多層配線化が進んでいる。それに伴い、このワンチップパワーICの高耐圧デバイス部においても層間絶縁膜の平坦化プロセスが必須になってきている。
【0008】
しかし、前述のような、従来の並行平板方式のプラズマCVD装置でモノシランを原料ガスとして成膜していたプラズマ酸化膜では、低耐圧デバイス部および高耐圧デバイス部での段差被覆形状が十分でないため、レジストエッチバック法やSOGエッチバック法または異方性エッチングと組み合わせた場合でも、サブミクロンルールの微細加工された配線間の埋め込みや層間絶縁膜の平坦化が不充分であった。
【0009】
そのため、サブミクロンルールのデバイスプロセスで平坦化プロセスとして広く使用されているモノシランを原料ガスとし、ECR(Electron Cycltron Resonance)やIPC(Inductive Coupled Plasma)、ヘリコン波をプラズマ源とする高密度プラズマCVD装置を用いて層間絶縁膜を形成したの後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)で研磨する平坦化プロセスの検討が行われているが、一般的に高密度プラズマCVD装置やCMP装置はスループットが低く、コストダウンが難しいという課題があった。
【0010】
一方、700V未満の高耐圧デバイスを集積したワンチップパワーICにおいて、常圧オゾンTEOS CVD法や準常圧オゾンTEOS CVD法で成膜した酸化膜を層間絶縁膜に適用する平坦化プロセスの検討も行われている。これらTEOSを原料ガスとする熱CVD法によるプロセスは一般的に埋め込み性や平坦性に優れていることから、現在のLSIでは平坦化プロセスとして広く使われており、またスループットも比較的高いのでデバイスの製造コストの低減を図ることが期待される。
【0011】
しかし、これらTEOS(またはTMS)を原料ガスとする酸化膜を、700Vを超える高耐圧パワーMOSFETに適用した場合に、前述のプラズマTEOS酸化膜(またはTMS酸化膜)と同様に酸化膜の分極により高耐圧デバイスの耐圧が低下する不具合が発生する問題があった。
また、モールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響を抑制する手段として高耐圧デバイスをアルミ配線のようなものでシールドする構造も提案されており、耐圧の安定化に一定の効果があることが知られている。しかしながら耐圧が700V以上の高耐圧デバイスにTEOSやTMSを原料ガスとする酸化膜を使用した場合にはこのようなシールド構造だけでは不充分であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、700V以上の高耐圧デバイスで、金属配線上に形成する表面保護膜や、多層配線の層間絶縁膜にプラズマCVD法や熱CVD法によるTEOS酸化膜やTMS酸化膜を適用した場合、モールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響を受けて、これらの表面保護膜や層間絶縁膜内で分極が起こり、高耐圧デバイスの耐圧が低下する。
【0013】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、低コストで、耐圧の低下を防止できる高耐圧の半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法において、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスを合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いたプラズマCVD法(CVD:Chemical Vapor Deposition)により、窒素が添加された第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を形成した後に、該第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成する工程と、
該第3の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の表面層とを除去して前記第2の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化された第2の絶縁膜上に、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備する製造方法とする。
【0015】
また、第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスを合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いたプラズマCVD法により、窒素が添加された第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を形成した後に、該第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成する工程と、
該第3の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の表面層とを除去して第2の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化された第2の絶縁膜上にフィールドプレートとして機能する金属配線を形成した後、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備する製造方法とする。
【0016】
このように、TEOS酸化膜に窒素を添加することにより、窒素が添加されていないTEOS酸化膜よりも比抵抗が低い、言い換えれば電気伝導度が比較的高い層間絶縁膜を形成することができる。
これは、一般的にCVD法で形成される酸化膜の比抵抗は1015Ω・cm前後であるが、窒化膜の比抵抗はこれよりも高い1014Ω・cm前後であるため、窒素を添加された酸化膜、すなわち窒素酸化膜は純酸化膜と純窒化膜の間の比抵抗を有するためである。
【0017】
従って、本発明に従って窒素が添加されたTEOS酸化膜は窒素を添加されていないものよりも比抵抗が低いので分極をキャンセルするリーク電流が流れ、パワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によって層間絶縁膜が分極を起こさない。その結果、パワーMOSFETの耐圧を低下させるような不具合を起こさない。またアルミ配線のようなもので高耐圧デバイスをシールドする構造を併用することにより更に高品質なデバイスの製造が可能になる。
【0018】
また、第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスと合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いた熱CVD法により、窒素が添加された第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜上に、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備する製造方法とする。
【0019】
また、第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記第1の金属配線上に、第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスと合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いた熱CVD法により、窒素が添加された第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜上にフィールドプレートとして機能する金属配線を形成した後、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備する製造方法とする。
【0020】
また、前記原料ガスに添加する窒素の代わりにアンモニアを添加する製造方法とする。
また、前記原料ガスに添加する窒素の代わりに二酸化窒素を添加する製造方法とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下の説明で、図21と同一部位には同一符号を記した。また、p型、n型を逆にしても構わない。
図1から図5は、この発明の第1実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
【0025】
図1に示すように、p型の125Ω・cm程度の高抵抗シリコン基板1の表面層に、pウェル領域2とnウェル領域3を接して形成し、pウェル領域2の表面層にn+ ソース領域4とp+ 領域5を接して形成し、nウェル領域3の表面層にn+ ドレイン領域6を形成する。n+ ソース領域4とnウェル領域3に挟まれたpウェル領域2上にはゲート酸化膜8aを介してゲート電極を形成する。pウェル領域2とn+ ドレイン領域6に挟まれたnウェル領域3の表面にはフィールド酸化膜7aを形成し、n+ ソース領域4とp+ 領域5上にソース電極10を形成し、n+ ドレイン領域6上にはドレイン電極11を形成する。前記したゲート電極8bはフィールド酸化膜7上に張り出して形成され、ソース電極10とドレイン電極11はフィールド酸化膜上に、絶縁膜9を介して張り出して形成される。また、n+ ソース領域4とn+ ドレイン領域5の間隔は80μm程度である。尚、図中の7bはLOCOS酸化膜(選択酸化膜)であり、フィールド酸化膜7aと同時に形成される。
【0026】
図2に示すように、TEOSと酸素を原料ガスとし、窒素を添加したプロセスガスを用いて、プラズマCVD法により、窒素を添加した酸化膜12を形成する。尚、窒素が添加された酸化膜12の屈折率は1.5より大きい。また、原料ガスとして、TEOSの代わりにTMSを用いても構わない。
図3に示すように、SOG(Spin On Glass)を塗布した後、例えば400℃でキュア(硬化)することにより酸化膜13を形成する。
【0027】
図4に示すように、酸化膜エッチャー(酸化膜をエッチングする装置)で全面エッチバックする。この時SOG膜中に残留する水分がデバイスに影響を与えることを防止するため、酸化膜13は全て除去されることが望ましい。
図5に示すように、プラズマCVD法により窒化膜であるパッシベーション膜14を形成する。
【0028】
このように酸化膜13を犠牲膜として、ソース電極10やドレイン電極11となる金属配線上の平坦性を改善することで、パッシベーション膜14である窒化膜の耐水性を大幅に改善することが出来ると同時に、平坦化された窒素を添加した酸化膜12に、窒素を添加したプラズマTEOS酸化膜を使用することで、従来のモノシラン(SiH4 )を使用した酸化膜と比較して、窒素が添加された酸化膜12では、ステップカバレッジが大幅に改善し、サブミクロンルールの微細加工されたデバイスであっても金属配線上の平坦化が容易になる。また、高電圧を印加されたパワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によって、窒素を添加したTEOS酸化膜は分極を起こさないので、高耐圧MOSFETの耐圧の低下が起こらない。尚、TEOS酸化膜の代わりにTMS酸化膜を用いてもよい。
【0029】
図6から図11は、この発明の第2実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
図6に示すように、p型の125Ω・cm程度の高抵抗シリコン基板1の表面層に、pウェル領域2とnウェル領域3を接して形成し、pウェル領域2の表面層にn+ ソース領域4とp+ 領域5を接して形成し、nウェル領域3の表面層にn+ ドレイン領域6を形成する。n+ ソース領域4とnウェル領域3に挟まれたpウェル領域2上にはゲート酸化膜8aを介してゲート電極を形成する。pウェル領域2とn+ ドレイン領域6に挟まれたnウェル領域3の表面にはフィールド酸化膜7aを形成し、n+ ソース領域4とp+ 領域5上にソース電極10を形成し、n+ ドレイン領域6上にはドレイン電極11を形成する。前記したゲート電極8bはフィールド酸化膜7上に張り出して形成され、ソース電極10とドレイン電極11はフィールド酸化膜上に、絶縁膜9を介して張り出して形成される。また、n+ ソース領域4とn+ ドレイン領域5の間隔は80μm程度である。尚、図中の7bはLOCOS酸化膜(選択酸化膜)であり、フィールド酸化膜7aと同時に形成される。また、ソース電極10およびドレイン電極11は第1金属配線である。
【0030】
図7に示すように、TEOSと酸素を原料ガスとし、窒素やアンモニアを添加したプロセスガスを用いてプラズマCVD法により、窒素を添加した酸化膜12を形成する。尚、窒素が添加された酸化膜12の屈折率は1.5より大きい。また、原料ガスとして、TEOSの代わりにTMSをもちいても構わない。
図8に示すように、SOGを塗布した後、例えば、400℃でキュアする事により酸化膜13を形成する。この酸化膜13は犠牲膜となる。
【0031】
図9に示すように、酸化膜エッチャーで全面エッチバックする。この時SOG膜中に残留する水分がデバイスに影響を与えることを防止するため、酸化膜13は全て除去されることが望ましい。
図10に示すように、フィールドプレートとして機能する第2金属配線15を形成する。
【0032】
図11に示すように、プラズマCVD法により窒化膜でパッシベーション膜23を形成する。
このように酸化膜13を犠牲膜として、ソース電極10やドレイン電極11となる第1金属配線上の平坦性を改善することで窒化膜で形成されたパッシベーション膜23の耐水性を大幅に改善することが出来ると同時に、平坦化された窒素を添加した酸化膜12に、窒素を添加したプラズマTEOS酸化膜を使用することで、従来のモノシランを使用した酸化膜と比較して、窒素が添加された酸化膜12では、ステップカバレッジが大幅に改善するため、サブミクロンルールの微細加工されたデバイスであってもソース電極10やドレイン電極11となる第1金属配線上の平坦化が容易になる。また、高電圧を印加されたパワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によって、窒素を添加したTEOS酸化膜は分極を起こさないので、高耐圧MOSFETの耐圧の低下が起こらない。
【0033】
また第2金属配線15から形成されるフィールドプレートで高耐圧デバイスをシールドする構造を併用することにより、更に高品質なデバイスの製造が可能になる。
図12から図15は、この発明の第3実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
【0034】
図12に示すように、p型の125Ω・cm程度の高抵抗シリコン基板1の表面層に、pウェル領域2とnウェル領域3を接して形成し、pウェル領域2の表面層にn+ ソース領域4とp+ 領域5を接して形成し、nウェル領域3の表面層にn+ ドレイン領域6を形成する。n+ ソース領域4とnウェル領域3に挟まれたpウェル領域2上にはゲート酸化膜8aを介してゲート電極を形成する。pウェル領域2とn+ ドレイン領域6に挟まれたnウェル領域3の表面にはフィールド酸化膜7aを形成し、n+ ソース領域4とp+ 領域5上にソース電極10を形成し、n+ ドレイン領域6上にはドレイン電極11を形成する。前記したゲート電極8bはフィールド酸化膜7上に張り出して形成され、ソース電極10とドレイン電極11はフィールド酸化膜上に、絶縁膜9を介して張り出して形成される。また、n+ ソース領域4とn+ ドレイン領域5の間隔は80μm程度である。尚、図中の7bはLOCOS酸化膜(選択酸化膜)であり、フィールド酸化膜7aと同時に形成される。
【0035】
図13に示すように、モノシランを原料ガスとしたプラズマCVD法によりプラズマ酸化膜17を形成する。
図14に示すように、オゾンとTEOSを原料ガスとし、窒素を添加したプロセスガスを用いて、常圧オゾンTEOSのCVD法により酸化膜18を形成する。尚、窒素が添加された酸化膜18の屈折率は1.5より大きい。また、原料ガスとして、にTEOSの代わりにTMSを用いても構わない。
【0036】
図15に示すように、プラズマCVD法により、窒化膜でパッシベーション膜19を形成する。
このように酸化膜18でソース電極10やドレイン電極11となる金属配線上の平坦性を改善することで、窒化膜で形成されたパッシベーション膜19の耐水性を大幅に改善することが出来ると同時に、平坦化膜に窒素を添加した酸化膜を使用することで従来のモノシランを使用したプロセスと比較して、酸化膜18のステップカバレッジを大幅に改善することができるので、サブミクロンルールの微細加工されたデバイスであってもソース電極10やドレイン電極11となる金属配線上の平坦化が容易になる。また、高電圧を印加されたパワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によって、窒素を添加したTEOS酸化膜は分極を起こさないので、高耐圧MOSFETの耐圧の低下が起こらない。
【0037】
図16から図20は、この発明の第4実施例の半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。図16に示すように、p型の125Ω・cm程度の高抵抗シリコン基板1の表面層に、pウェル領域2とnウェル領域3を接して形成し、pウェル領域2の表面層にn+ ソース領域4とp+ 領域5を接して形成し、nウェル領域3の表面層にn + ドレイン領域6を形成する。n+ ソース領域4とnウェル領域3に挟まれたpウェル領域2上にはゲート酸化膜8aを介してゲート電極を形成する。pウェル領域2とn + ドレイン領域6に挟まれたnウェル領域3の表面にはフィールド酸化膜7aを形成し、n+ ソース領域4とp+ 領域5上にソース電極10を形成し、n+ ドレイン領域6上にはドレイン電極11を形成する。前記したゲート電極8bはフィールド酸化膜7上に張り出して形成され、ソース電極10とドレイン電極11はフィールド酸化膜上に、絶縁膜9を介して張り出して形成される。また、n+ ソース領域4とn+ ドレイン領域5の間隔は80μm程度である。尚、図中の7bはLOCOS酸化膜(選択酸化膜)であり、フィールド酸化膜7aと同時に形成される。また、ソース電極10およびドレイン電極11は第1金属配線である。また、ソース電極10およびドレイン電極11は第1金属配線である。
【0038】
図17に示すように、モノシランを原料ガスとしたプラズマCVD法によりプラズマ酸化膜17を形成する。
図18に示すように、オゾンとTEOSを原料ガスとして使用した常圧オゾンTEOSのCVD法により、窒素を添加した酸化膜18を形成する。酸化膜18に窒素を添加する方法としてはプラズマCVDの原料ガスに窒素やアンモニアガスを添加したプロセスガスを用いて行う方法が用いられる。尚、窒素が添加された酸化膜12の屈折率は1.5より大きい。また、原料ガスとして、TEOSの代わりにTMSをもちいても構わない。
【0039】
図19に示すように、フィールドプレートとして機能する第2金属配線20を形成する。
図20に示すように、プラズマCVD法によりパッシベーション膜である窒化膜21を形成する。
このように酸化膜18でソース電極10やドレイン電極11となる金属配線上の平坦性を改善することでパッシベーション膜である窒化膜の耐水性を大幅に改善することが出来ると同時に、平坦化膜に窒素を添加した酸化膜を使用することで従来のモノシランを使用したプロセスと比較して、酸化膜18のステップカバレッジを大幅に改善することができるので、サブミクロンルールのデバイスであってもソース電極10やドレイン電極11となる第1金属配線上の平坦化が容易になる。また、高電圧を印加されたパワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によって、窒素を添加したTEOS酸化膜は分極を起こさないので、高耐圧MOSFETの耐圧の低下が起こらない。
【0040】
また、第2金属配線20から形成されるフィールドプレートで高耐圧デバイスをシールドする構造を併用することにより、更に高品質なデバイスの製造が可能になる。
尚、第1から第4実施例では、プロセスガスに添加する窒素として、二酸化窒素を添加しても絶縁膜中に窒素を添加することができ、同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【0041】
【発明の効果】
この発明によれば、高耐圧のパワーMOSFETをチップ上に形成したモノリシックパワーICなどの半導体装置をプラスチックモールド樹脂でパッケージする場合、高電圧を印加されたパワーMOSFET部に集まったモールド樹脂中の可動イオンや電荷の影響によってデバイス内部で平坦化に使用される酸化膜が分極を起こして、高耐圧MOSFETの耐圧を低下させるような不具合を起こさない層間絶縁膜を、埋め込み性や平坦性に優れたTEOSを原料ガスとする並行平板方式のプラズマCVD法や常圧CVD法、準常圧CVD法によって工程数を大幅に増やすことなく低コストで提供することができる。
【0042】
また、窒素を添加したTEOS酸化膜またはTMS酸化膜を並行平板方式のプラズマCVD法や熱CVD法を用いて形成することで、低コストで、耐圧の低下を防止できる高耐圧の半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図2】図1に続く、この発明の第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図3】図2に続く、この発明の第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図4】図3に続く、この発明の第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図5】図4に続く、この発明の第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図6】この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図7】図6に続く、この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図8】図7に続く、この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図9】図8に続く、この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図10】図9に続く、この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図11】図11に続く、この発明の第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図12】この発明の第3実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図13】図12に続く、この発明の第3実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図14】図13に続く、この発明の第3実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図15】図14に続く、この発明の第3実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図16】この発明の第4実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図17】図16に続く、この発明の第4実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図18】図17に続く、この発明の第4実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図19】図18に続く、この発明の第4実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図20】図19に続く、この発明の第4実施例の半導体装置の要部製造工程断面図
【図21】従来の半導体装置の要部断面図
【符号の説明】
1 高抵抗シリコン基板(p型)
2 pウェル領域
3 nウェル領域
4 n+ ソース領域
5 p+ 領域
6 n+ ドレイン領域
7a フィールド酸化膜
7b LOCOS酸化膜
8a ゲート酸化膜
8b ゲート電極(第1金属配線:1層目)
9 絶縁膜
10 ソース電極
11 ドレイン電極(第1金属配線:1層目)
12、18 窒素を添加した酸化膜
12a 層間絶縁膜
13 酸化膜(犠牲膜)
14、16、21、23 パッシベーション膜
15、20 第2金属配線(2層目)
17 プラズマ酸化膜
22 TEOS酸化膜
24 モールド樹脂に誘起される可動イオンまたは電荷
25 酸化膜中に誘起される電荷
Claims (6)
- 第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法において、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスを合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いたプラズマCVD法(CVD:Chemical Vapor Deposition)により、窒素が添加された第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を形成した後に、該第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成する工程と、
該第3の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の表面層とを除去して前記第2の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化された第2の絶縁膜上に、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスを合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いたプラズマCVD法により、窒素が添加された第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を形成した後に、該第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成する工程と、
該第3の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の表面層とを除去して第2の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化された第2の絶縁膜上にフィールドプレートとして機能する金属配線を形成した後、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記ソース電極、及び前記ドレイン電極上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silicate)をガス化し、該ガスと酸素ガスと合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いた熱CVD法により、窒素が添加された第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜上に、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の高抵抗シリコン基板の表面層に互いに接して形成された第1導電型のウェル領域、及び第2導電型のウェル領域と、
前記第1導電型のウェル領域の表面層に互いに接して形成された第2導電型のソース領域、及び第1導電型の高濃度領域と、
前記第2導電型のウェル領域の表面層に形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記第2導電型のウェル領域に挟まれた前記第1導電型のウェル領域上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1導電型のウェル領域と前記ドレイン領域に挟まれた前記第2導電型のウェル領域の表面には形成されたフィールド酸化膜と、
前記ソース領域と前記第1導電型の高濃度領域上に形成された金属からなるソース電極と、
前記ドレイン領域上に形成された金属からなるドレイン電極と、を備え、
前記ゲート電極は前記フィールド酸化膜上に張り出して形成され、前記ゲート電極、及び前記フィールド絶縁膜が第1の絶縁膜で覆われ、前記ソース電極と前記ドレイン電極は前記フィールド酸化膜上に前記第1の絶縁膜を介して張り出して形成されている高耐圧の横型パワーMOSFET上に、パッシベーション膜が形成されている半導体装置の製造方法であって、
前記第1の絶縁膜上と前記第1の金属配線上に、第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜上に、TEOS(Tetraethyl−Ortho−Silica te)をガス化し、該ガスと酸素ガスと合わせた原料ガスに窒素を添加したプロセスガスを用いた熱CVD法により、窒素が添加された第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜上にフィールドプレートとして機能する金属配線を形成した後、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記原料ガスに添加する窒素の代わりにアンモニアを添加することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記原料ガスに添加する窒素の代わりに二酸化窒素を添加することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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