JPH04158552A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に保護絶縁
膜の形成に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＬＳＩ等に用いる半導体装置の最終金属配線上の
保護絶縁膜は、物理的損傷、コンタミネーションや水分
の侵入を防ぐ為に、低温で気相成長したプラズマシリコ
ン窒化膜が用いられ、その厚みは８０００Ａ以上を要す
る。

従来の半導体装置の製造方法は、例えば、第２図に示す
如く半導体素子が作り込まれたシリコン基板１１上のフ
ィールド酸化膜１２や層間絶縁膜１３を介して、厚みが
１．０μｍ前後のＡ１合金膜１４の金属配線上に、保護
膜として３００〜４００℃程度の低温で、ＳｉＨ４とＮ
Ｈ８もしくはＮ２を導入したプラズマ反応によって、厚
みが１゜０μｍ程度のシリコン窒化膜１７を気相成長さ
せ、その後パターニングしたフォトレジストをマスクに
、シリコン窒化膜１７をＣＦ４、Ｃ２ＦＢ、ＮＦＳや０
２等を用いた混合ガス等を用いて選択ドライエツチング
し、外部電極取り出し用のボンディングパッド１９を開
孔して、場合によってはさらにモールド時のストレス緩
和の為に、ボリイミド樹脂等を積層する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来技術では、ＬＳＩの様な半導体装置が
、サブミクロン程度に微細化されてくると金属配線のバ
ターニングはトライエツチング化され、断面形状が急峻
化されると共にアスペクト比（段差／スペース）が大き
くなる為、シリコン窒化膜１７のカスピングによって、
金属配線のスペースにはスリット２０か形成されコンタ
ミネーショントラップとなる上、金属配線の側壁部や底
面部及び四部コーナのシリコン窒化膜１７が、金属配線
上に比較して極めて薄くなり、この領域から水分や汚染
が侵入することにより、トランジスタ特性やフィールド
反転耐圧の変動及びｌ配線の腐蝕等に関わる半導体装置
の長期信頼性が問題となっていた。単に、シリコン窒化
膜の厚みを大きくしても平坦部ボイドが形成されるだけ
で四部のシリコン窒化膜の厚みはほとんど変化なく信頼
性の向上はなされない。

しかるに本発明はかかる問題点を解決するものて、保護
絶縁膜に関わる耐湿性や耐汚染効果を改善し、微細半導
体装置の信頼性の向上と安定供給を目的としたものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の最終金
属配線上に保護絶縁膜を形成するに当たり、少なくとも
、プラズマ反応による第１のシリコン窒化膜を形成する
工程、該シリコン窒化膜を異方性エッチバックして金属
配線の側壁にスペーサーを形成する工程、プラズマ反応
による第２のシリコン窒化膜を形成する工程、外部電極
取り出し用のボンディングパッドを開孔する工程を具備
したことを特徴とする。

〔実　施　例〕

第１図は、本発明の半導体装置の製造方法の一実施例に
ついて説明する為の概略断面図てあり、ＳｉゲートｃＭ
Ｏｓ−ＬＳＩの絶縁保護膜に適用した場合を示している
。シリコン基板１１には、Ｐ及びＮＭＯ３）ランジスタ
、高抵抗等の半導体素子が形成され、フィールド絶縁膜
１２や層間絶縁膜１３を介して不純物層１８等がらのコ
ンタクトホールを開孔し、Ｃｕを約０．　５％を含んた
Ａｇ合金膜１４を約１．　０μｍと、この上にキャップ
メタルとしてＴｉＮ膜１５を６００八積層スパッタリン
グしてから、フォトリソ工程で最小間隔が約０．８μｍ
にパターン形成し、フレオン系のガスとＣＦ２系のガス
で該積層膜をドライエツチングして、はぼ垂直な側面形
状を持った金属配線（１４，１５）を形成した。続いて
ロードロック付き平行平板電極を持った気相成長装置で
、約３６０℃、Ｎ２をキャリアーとし６　ｔｏｒｒの圧
力でＳｉＨ４とＮＨ３をプラズマ反応させた第１のシリ
コン窒化１Ｍ１１６を０．　５μｍ成長させた。この時
、膜成長開始までの加熱時間は３０秒、成長速度は０゜
７μｍ／分であり、全処理時間は４分以内としＡｌのヒ
ロックの成長を抑えた。次にＣＦ４、Ｃ２、ＦＢと０２
で異方性エッチバックを施し金属配線の側壁部にシリコ
ン窒化膜１６でなるスペーサーを形成してから、トラン
ジスタ等電気特性安定化の為４５０’Ｃ１３％Ｈ２／Ａ
ｒ雰囲気中で３０分間のシンター処理を施した（第１図
−ａ）。

この時Ａ１合金膜１４の上面はＴｉＮ膜１５で、又側面
はシリコン窒化膜１６のスペーサーで覆われており、微
細金属配線で問題となる横方向ＡＩヒルロックの成長は
なく、配線間リークは発生しない。次に前記同様にプラ
ズマ反応させた第２のシリコン窒化膜１７を約１．０μ
ｍ積層させ、続いてバターニングされたフォトレジスト
をマスクにして、第２のシリコン窒化膜１７を選択ドラ
イエツチングし、外部電極取り出し用のボンディングパ
ッド１９を開孔した（第１図−ｂ）。

この様にしてなる半導体装置は、第２のシリコン窒化膜
１７にカスピングがあっても四部のコーナーには第１の
シリコン窒化膜１６でなる側壁スペーサーが形成されて
おり、実効的に膜厚が大きく耐湿性やコンタミネーショ
ンに対する遮蔽効果が向上し、従来の様なデバイスの信
頼性試験に於ける不良は激減した。又、シリコン窒化膜
のスリットやボイド形状も改善され、更に側壁スペーサ
ーの効果として、厚みが最小幅と同じかむしろ大きな傾
向にある金属配線のマイグレーション特性劣化や横方向
への物理的ストレスに対しての緩和作用も認められた。

この他の実施例として、ポリシリコン等をレーサーで溶
断して収率を上げる冗長回路を持つＬＳＩメモリーの製
造にも適用したが、ドライエツチングでほぼ垂直に側面
が形成された１、０μｍ厚みの１９合金膜でなる金属配
線を施した後、この上に気相成長装置により４００℃で
Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４と０２を反応させカスピングの少
ないシリコン窒化膜あるいはＰ　（ＣＨ３）３を添加し
たリンガラス膜を後工程のプラズマシリコン窒化膜のス
トレスダメージ緩和の為約０．　３μｍ成長させてから
、４５０℃の３％Ｈ２／Ａｒ雰囲気中で３０分間シンタ
ー処理を行なったあと、初期電気特性を測定しレーザー
に依る修復処理を施した後、約３６０℃でＳｉＨ４とＮ
Ｈ３をプラズマ反応させた第１のシリコン窒化膜を０．
４μｍ成長させ異方性をエッチバックを施してから、次
に前記同様プラズマ反応させた第２のシリコン窒化膜を
約０、　８μｍ積層させた。更にバターニングされたフ
ォトレジストをマスクにして、第２のシリコン窒化膜と
シリコン酸化膜あるいはＰＳＧ膜をドライエツチングし
て、外部電極取り出し用のボンディングパッドを開孔し
た。尚、工程途中に於ける気相成長、エツチング処理の
プラズマ装置等から発生する電荷ダメージを消去する為
の紫外線照射処理を各工程間で施しである。以上の様に
してなる半導体装置は、前記実施例と同様な改善効果が
認められ信頼性向上が図れた。

又本発明は、ＭＯＳ−ＬＳＩに限らず、バイポーラ、Ｄ
ＭＯ３およびこれらを組み合わせたＬＳＩ等や多層配線
の半導体装置にも適用できる。金属配線としては、Ａ１
１−Ｃｕに限らずＳｉ、Ｔｉ。

Ｐｔ５Ｍｇ等を含むものや、ヒロック、コンタクトバリ
ヤーの為にＴ　ｉ、ＷＳＰ　ｔ、Ｍｏ等の高融点金属や
その窒化物、ケイ化物あるいはこれらの合金を上あるい
は下に積層構造としたもの、あるいはこの後にモールド
ストレス緩和の為にポリイミド樹脂等を積層したものに
も応用可能である。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、保護絶縁膜の構成をプラズマシリ
コン窒化膜の側壁スペーサーと更にシリコン窒化膜の積
層構造とし、微細化されたＭＯＳ−ＬＳＩ等の半導体装
置に於ける保護絶縁膜自身の付き回り不具合を改善し、
耐湿性、耐汚染効果の向上や金属配線のヒロック発生を
防止し、電気特性を含めた長期信頼性に関わる品質改善
効果があり、より集積化、多機能化された半導体装置の
安定供給に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による半導体装置の製造方法の実施例を
示す概略断面図である。 第２図は、従来の半導体装置の製造方法に係わる概略断
面図である。 １１・・・シリコン基板 １２・・・フィールド酸化膜 １３・・・層間絶縁膜 １４・・・Ａｌ１合金膜 １５・・・ＴｉＮ膜 １６・・・第１のシリコン窒化膜 １７・・・第２シリコン窒化膜 １８・・・不純物層 １９・・・ボンディングパッド ２０雫・・スリット 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置の最終金属配線上に保護絶縁膜を形成するに
   当たり、少なくとも、プラズマ反応による第１のシリコ
   ン窒化膜を形成する工程、該シリコン窒化膜を異方性エ
   ッチバックして金属配線の側壁にスペーサーを形成する
   工程、プラズマ反応による第２のシリコン窒化膜を形成
   する工程、外部電極取り出し用のボンディングパッドを
   開孔する工程を具備したことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。