JPH01304735A - 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Info
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- JPH01304735A JPH01304735A JP13588688A JP13588688A JPH01304735A JP H01304735 A JPH01304735 A JP H01304735A JP 13588688 A JP13588688 A JP 13588688A JP 13588688 A JP13588688 A JP 13588688A JP H01304735 A JPH01304735 A JP H01304735A
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
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。
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〕
本発明は半導体装置の保護膜形成に関し、特に高信頼性
を有する半導体装置に必要な保護膜の形成法に関する。
を有する半導体装置に必要な保護膜の形成法に関する。
従来、アルミニウム配線等を含む半導体装置の保護膜と
してプラズマ化学気相成長法を用いたプラズマシリコン
窒化膜が一般に用いられている。
してプラズマ化学気相成長法を用いたプラズマシリコン
窒化膜が一般に用いられている。
プラズマシリコン窒化膜は保護膜としての機械的強度、
耐湿性、アルカリイオンバリア性を有している。
耐湿性、アルカリイオンバリア性を有している。
上述した優れた保護膜特性を有するプラズマシリコン窒
化膜を得るためには膜を緻密にする必要がある。緻密な
膜を得るためには０．５Ｔｏｒｒ以下の比較的高真空な
圧力の下で膜形成を行なう必要がある。
化膜を得るためには膜を緻密にする必要がある。緻密な
膜を得るためには０．５Ｔｏｒｒ以下の比較的高真空な
圧力の下で膜形成を行なう必要がある。
しかしながら０．５Ｔｏｒｒ以下の真空中で膜形成を行
なった場合にはプラズマ中で発生したイオンに下地表面
がたたかれ膜が緻密になる反面、下層の絶縁膜、アルミ
ニウム配線およびシリコン窒化膜自身がチャージアップ
して下層のデバイスの特性が変動するという問題がある
。特にＭＯＳデバイスにおいては素子分離領域のリーク
電流の発生、バイポーラデバイスではベース抵抗の変動
等大きな問題となっている。また上述のような緻密なプ
ラズマシリコン窒化膜は非常に大きな圧縮応力を有して
いるため、アルミニウム配線のストレスマイグレーショ
ンの原因となっている。逆に低真空でプラズマシリコン
窒化膜を形成した場合にはイオンの発生量及びイオンの
エネルギーが低いために緻密な膜が得られず、保護膜と
しての特性を有しない。
なった場合にはプラズマ中で発生したイオンに下地表面
がたたかれ膜が緻密になる反面、下層の絶縁膜、アルミ
ニウム配線およびシリコン窒化膜自身がチャージアップ
して下層のデバイスの特性が変動するという問題がある
。特にＭＯＳデバイスにおいては素子分離領域のリーク
電流の発生、バイポーラデバイスではベース抵抗の変動
等大きな問題となっている。また上述のような緻密なプ
ラズマシリコン窒化膜は非常に大きな圧縮応力を有して
いるため、アルミニウム配線のストレスマイグレーショ
ンの原因となっている。逆に低真空でプラズマシリコン
窒化膜を形成した場合にはイオンの発生量及びイオンの
エネルギーが低いために緻密な膜が得られず、保護膜と
しての特性を有しない。
本発明の半導体装置の保護膜形成方法は、圧力の高い第
１の圧力条件下でのプラズマ成膜工程と続いての圧力の
低い第２の圧力条件下でのプラズマ成膜工程とを有して
いる。
１の圧力条件下でのプラズマ成膜工程と続いての圧力の
低い第２の圧力条件下でのプラズマ成膜工程とを有して
いる。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の半導体装置の保護膜形
成方法の第１の実施例（保護膜がプラズマシリコン窒化
膜である。）を説明したものであり、保護膜の製造工程
順の配線部断面図である。半導体素子を形成した単結晶
シリコン基板１０１上に絶縁膜１０２を形成し、更にア
ルミニウム配線１０３をエツチングを用いて形成する（
第１図（ａ））。次に、第１図（ｂ）に示すように第１
プラズマシリコン窒化膜１０４をプラズマ気相成長法で
５０００人程度形成する。第１プラズマシリコン窒化膜
はモノシランガス（ＳｉＨ４）を１７０（ＳＣＣＭ）、
アンモニアガス（ＮＨ３）を３００（ＳＣＣＭ）、希釈
用窒素ガス（Ｎ２）を１７８０（ＳＣＣＭ）を流し全ガ
ス圧力を１．５Ｔｏｒｒに設定後、放電電力５０ＫＨｚ
９００Ｗを印加し、基板温度３００℃の条件下で形成し
た。この条件下で形成したシリコン窒化膜の屈折率は１
．９６であり、バッフアート弗酸に対するエッチレート
は約８０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ＝５
４：４６である。また膜堆積速度は約４００人／分であ
った。
成方法の第１の実施例（保護膜がプラズマシリコン窒化
膜である。）を説明したものであり、保護膜の製造工程
順の配線部断面図である。半導体素子を形成した単結晶
シリコン基板１０１上に絶縁膜１０２を形成し、更にア
ルミニウム配線１０３をエツチングを用いて形成する（
第１図（ａ））。次に、第１図（ｂ）に示すように第１
プラズマシリコン窒化膜１０４をプラズマ気相成長法で
５０００人程度形成する。第１プラズマシリコン窒化膜
はモノシランガス（ＳｉＨ４）を１７０（ＳＣＣＭ）、
アンモニアガス（ＮＨ３）を３００（ＳＣＣＭ）、希釈
用窒素ガス（Ｎ２）を１７８０（ＳＣＣＭ）を流し全ガ
ス圧力を１．５Ｔｏｒｒに設定後、放電電力５０ＫＨｚ
９００Ｗを印加し、基板温度３００℃の条件下で形成し
た。この条件下で形成したシリコン窒化膜の屈折率は１
．９６であり、バッフアート弗酸に対するエッチレート
は約８０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ＝５
４：４６である。また膜堆積速度は約４００人／分であ
った。
次に、第１図（Ｃ）に示すように、第１プラズマシリコ
ン窒化膜形成放電停止後、すみやかに全ガス圧力のみを
０．３５Ｔｏｒｒに設定し、放電電力５０ＫＨｚ９００
Ｗを印加して第２プラズマシリコン窒化膜（１０５）を
５０００人形成した。ガス流量、基板温度は第１プラズ
マシリコン窒化膜形成時と全く同じである。この条件下
で形成した第２プラズマシリコン窒化膜の屈折率は１．
９９でありバッフアート弗酸に対するエッチレートは約
５０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ＝５４：
４６であり、第１プラズマシリコン窒化膜よりも密度が
大きく緻密な膜が形成されている。
ン窒化膜形成放電停止後、すみやかに全ガス圧力のみを
０．３５Ｔｏｒｒに設定し、放電電力５０ＫＨｚ９００
Ｗを印加して第２プラズマシリコン窒化膜（１０５）を
５０００人形成した。ガス流量、基板温度は第１プラズ
マシリコン窒化膜形成時と全く同じである。この条件下
で形成した第２プラズマシリコン窒化膜の屈折率は１．
９９でありバッフアート弗酸に対するエッチレートは約
５０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ＝５４：
４６であり、第１プラズマシリコン窒化膜よりも密度が
大きく緻密な膜が形成されている。
この時の膜堆積速度は約３５０人／分である。以上の様
に保護膜を形成した半導体装置においては、１０２の絶
縁膜に発生する正電荷を１０１７個／ｄに抑えることが
でき、素子の特性変動が非常に小さくなる。１０２の絶
縁膜上に直接第２プラズマシリコン窒化膜の条件で膜形
成を行った場合は１０２の絶縁膜中には１０ ” 〜１
０ ＋ｓ個／ｃｎｉの正電荷が発生し、素子の特性変動
が大きい。また、第１プラズマシリコン窒化膜の膜応力
は３Ｘ１０’ｄ ｙ ｎ １ｃｒａ （圧縮）で、第２
プラズマシリコン窒化膜（８ｘ １０ ’ｄ ｙ ｎ／
ｃｎｉ（圧縮））に比べて小さいため、本発明の形成方
法ではアルミニウム配線１０３に加わる応力も小さくな
りストレスマイグレーションの抑制効果がある。
に保護膜を形成した半導体装置においては、１０２の絶
縁膜に発生する正電荷を１０１７個／ｄに抑えることが
でき、素子の特性変動が非常に小さくなる。１０２の絶
縁膜上に直接第２プラズマシリコン窒化膜の条件で膜形
成を行った場合は１０２の絶縁膜中には１０ ” 〜１
０ ＋ｓ個／ｃｎｉの正電荷が発生し、素子の特性変動
が大きい。また、第１プラズマシリコン窒化膜の膜応力
は３Ｘ１０’ｄ ｙ ｎ １ｃｒａ （圧縮）で、第２
プラズマシリコン窒化膜（８ｘ １０ ’ｄ ｙ ｎ／
ｃｎｉ（圧縮））に比べて小さいため、本発明の形成方
法ではアルミニウム配線１０３に加わる応力も小さくな
りストレスマイグレーションの抑制効果がある。
更に、第１プラズマシリコン窒化膜の堆積速度は第２プ
ラズマシリコン窒化膜の堆積速度よりも大きいので、第
２プラズマシリコン窒化膜の条件で単相保護膜を形成す
るよりもスループットが向上する。もちろん緻密な第２
プラズマシリコン窒化膜を最終膜として用いているため
、保護膜特性上もまったく問題ない。
ラズマシリコン窒化膜の堆積速度よりも大きいので、第
２プラズマシリコン窒化膜の条件で単相保護膜を形成す
るよりもスループットが向上する。もちろん緻密な第２
プラズマシリコン窒化膜を最終膜として用いているため
、保護膜特性上もまったく問題ない。
第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例であるＭ
ＯＳデバイス上の保護膜製造工程順の断面図である。本
実施例では保護膜として酸素を含有したプラズマシリコ
ン窒化膜を用いている。
ＯＳデバイス上の保護膜製造工程順の断面図である。本
実施例では保護膜として酸素を含有したプラズマシリコ
ン窒化膜を用いている。
第２図（ａ）はアルミニウム配線まで形成したＭＯ８構
造の縦断面図である。２０１は単結晶シリコン基板、２
０２はシリコン酸化膜、２０３はゲート電極となる多結
晶シリコン、２０４は層間絶縁膜、２０５はアルミニウ
ム配線である。
造の縦断面図である。２０１は単結晶シリコン基板、２
０２はシリコン酸化膜、２０３はゲート電極となる多結
晶シリコン、２０４は層間絶縁膜、２０５はアルミニウ
ム配線である。
次に、第２図（ｂ）に示すように第１プラズマシリコン
酸化窒化膜２０６をプラズマ気相成長法で５０００人程
度形成する。第１プラズマシリコン酸化窒化膜はモノシ
ランガス（Ｓ ｉ Ｈ４） ヲ１７０（ＳＣＣＭ）、ア
ンモニアガス（ＮＨ３）を３００（ＳＣＣＭ）、亜酸化
窒素ガス（Ｎ２０）を２５０（ＳＣＣＭ）、希釈用窒素
ガス（Ｎ２）を１５３０（ＳＣＣＭ）を流し、全ガス圧
力を１．２Ｔｏｒｒに設定径放電電力５０ＫＨｚ ９０
０Ｗを印加し、基板温度３００℃の条件下で形成した。
酸化窒化膜２０６をプラズマ気相成長法で５０００人程
度形成する。第１プラズマシリコン酸化窒化膜はモノシ
ランガス（Ｓ ｉ Ｈ４） ヲ１７０（ＳＣＣＭ）、ア
ンモニアガス（ＮＨ３）を３００（ＳＣＣＭ）、亜酸化
窒素ガス（Ｎ２０）を２５０（ＳＣＣＭ）、希釈用窒素
ガス（Ｎ２）を１５３０（ＳＣＣＭ）を流し、全ガス圧
力を１．２Ｔｏｒｒに設定径放電電力５０ＫＨｚ ９０
０Ｗを印加し、基板温度３００℃の条件下で形成した。
この条件下で設計したシリコン酸化窒化膜は酸素を含有
し、屈折率１．７９バツフアート弗酸に対するエッチレ
ートは約２５０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ
：Ｎ：０＝４５：３２：２３であり、その膜応力はｓＸ
ｉ Ｏ’ｄｙｎ／ａｎｔ （圧縮）と非常に小さい。次
に、第２図（ｃ）に示すように第１プラズマシリコン酸
化窒化膜形成放電を停止せずにすみやかに全ガス圧力の
みを０．３５Ｔｏｒｒに設定し、放電電力を９００Ｗに
保ち、第２プラズマシリコン窒化膜を５０００人形成し
た。第２プラズマシリコン酸化窒化膜の屈折率は１．８
１バツフアート弗酸に対するエッチレートは約２００人
／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ：０＝４５：３
２：２３であり、第１シリコン酸化窒化膜よりも密度の
大きな酸素を含有した緻密なシリコン酸化窒化膜が形成
されている。
し、屈折率１．７９バツフアート弗酸に対するエッチレ
ートは約２５０人／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ
：Ｎ：０＝４５：３２：２３であり、その膜応力はｓＸ
ｉ Ｏ’ｄｙｎ／ａｎｔ （圧縮）と非常に小さい。次
に、第２図（ｃ）に示すように第１プラズマシリコン酸
化窒化膜形成放電を停止せずにすみやかに全ガス圧力の
みを０．３５Ｔｏｒｒに設定し、放電電力を９００Ｗに
保ち、第２プラズマシリコン窒化膜を５０００人形成し
た。第２プラズマシリコン酸化窒化膜の屈折率は１．８
１バツフアート弗酸に対するエッチレートは約２００人
／分、組成はＥＳＣＡ分析値でＳｉ：Ｎ：０＝４５：３
２：２３であり、第１シリコン酸化窒化膜よりも密度の
大きな酸素を含有した緻密なシリコン酸化窒化膜が形成
されている。
以上の様に保護膜を形成した半導体装置においては、ア
ルミニウム配線も大きなチャージアップをせずに、多結
晶シリコンを介したゲート酸化膜への影巴も非常に小さ
く、ＶＴの変動も抑制される。また第２の実施例では酸
素を含有したシリコン酸化窒化膜を用いているために膜
応力が非常に小さく、第１の実施例よりもストレスマイ
グレーションの抑制効果が大きい。
ルミニウム配線も大きなチャージアップをせずに、多結
晶シリコンを介したゲート酸化膜への影巴も非常に小さ
く、ＶＴの変動も抑制される。また第２の実施例では酸
素を含有したシリコン酸化窒化膜を用いているために膜
応力が非常に小さく、第１の実施例よりもストレスマイ
グレーションの抑制効果が大きい。
また、この他に弗素（Ｆ）を含有したシリコン窒化膜を
２層に用いた場合は半導体素子への水素の影唇の少ない
保護膜を形成することができる。
２層に用いた場合は半導体素子への水素の影唇の少ない
保護膜を形成することができる。
なお以上説明した本発明の圧力範囲として第１層目形成
の圧力を０．５Ｔｏｒｒ以上、第２層目形成の圧力を０
．ＩＴｏｒｒ以上０．５Ｔｏｒｒ以下にするのが有効で
ある。
の圧力を０．５Ｔｏｒｒ以上、第２層目形成の圧力を０
．ＩＴｏｒｒ以上０．５Ｔｏｒｒ以下にするのが有効で
ある。
以上説明したように、本発明はプラズマ気相成長法を用
いて、圧力の高い第１の圧力条件下で１層目の絶縁膜を
形成し、続いて圧力の低い第２の圧力条件下で２層目の
絶縁膜を形成することによって、下層の絶縁膜やアルミ
ニウム配線がチャージアップすることなく機械的強度、
耐湿性、アルカリイオンバリア性を有した保護膜を形成
できる効果がある。
いて、圧力の高い第１の圧力条件下で１層目の絶縁膜を
形成し、続いて圧力の低い第２の圧力条件下で２層目の
絶縁膜を形成することによって、下層の絶縁膜やアルミ
ニウム配線がチャージアップすることなく機械的強度、
耐湿性、アルカリイオンバリア性を有した保護膜を形成
できる効果がある。
更には１層目に膜応力の小さな保護絶縁膜が形成される
ためアルミニウム配線のストレスマイグレーション抑制
効果がある。
ためアルミニウム配線のストレスマイグレーション抑制
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例の製造工
程を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２
の実施例の製造工程を示す断面図である。 １０１・・・・・・シリコン基板、１０２・・・・・・
絶縁膜、１０３・・・・・・アルミニウム配線、１０４
・・・・・・第１プラズマシリコン窒化膜、１０５・・
・・・・第２プラズマシリコン窒化膜、２０１・・・・
・・シリコン基板、２０２・・・・・・シリコン酸化膜
、２０３・・・・・・多結晶シリコン、２０４・・・・
・・層間絶縁膜、２０５・・・・・・アルミニウム配線
、２０６・・・・・・第１プラズマシリコン窒化膜、２
０７・・・・・・第２プラズマシリコン窒化膜代理人
弁理士 内 原 晋 万１１２１Ｉ 第２回
程を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２
の実施例の製造工程を示す断面図である。 １０１・・・・・・シリコン基板、１０２・・・・・・
絶縁膜、１０３・・・・・・アルミニウム配線、１０４
・・・・・・第１プラズマシリコン窒化膜、１０５・・
・・・・第２プラズマシリコン窒化膜、２０１・・・・
・・シリコン基板、２０２・・・・・・シリコン酸化膜
、２０３・・・・・・多結晶シリコン、２０４・・・・
・・層間絶縁膜、２０５・・・・・・アルミニウム配線
、２０６・・・・・・第１プラズマシリコン窒化膜、２
０７・・・・・・第２プラズマシリコン窒化膜代理人
弁理士 内 原 晋 万１１２１Ｉ 第２回
Claims (1)
- プラズマ気相成長法を用いて半導体装置の保護絶縁膜
を形成する工程において、該絶縁膜の形成が第１の圧力
条件下および続いて第２の圧力条件下で形成される２層
膜であることを特徴とする半導体装置の保護膜形成方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13588688A JPH01304735A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 半導体装置の保護膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13588688A JPH01304735A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 半導体装置の保護膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01304735A true JPH01304735A (ja) | 1989-12-08 |
Family
ID=15162087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13588688A Pending JPH01304735A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 半導体装置の保護膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01304735A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR930022542A (ko) * | 1992-04-08 | 1993-11-24 | 사또오 후미오 | 반도체 장치 |
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| JP2012186375A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理方法、膜形成方法、半導体デバイスの製造方法及びプラズマ処理装置 |
| JP2015012021A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-01-19 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法、記憶媒体及び成膜装置 |
-
1988
- 1988-06-01 JP JP13588688A patent/JPH01304735A/ja active Pending
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