JPS6181630A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS6181630A
JPS6181630A JP59133524A JP13352484A JPS6181630A JP S6181630 A JPS6181630 A JP S6181630A JP 59133524 A JP59133524 A JP 59133524A JP 13352484 A JP13352484 A JP 13352484A JP S6181630 A JPS6181630 A JP S6181630A
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JP
Japan
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film
glass
semiconductor device
psg
passivation
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JP59133524A
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English (en)
Inventor
Keiji Kobayashi
啓二 小林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6181630A publication Critical patent/JPS6181630A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/60Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials

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。

Description

【発明の詳細な説明】 不発明は、半導体装置およびその製造方法に係9、特:
τ素子頌歌あるい1は配線領域等の作シ込ま4−、た基
板の表面を被覆保護するだめの・P7/べ一ンヨ/模に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
表面安定化技術は、個別半導体素子から集積回路(In
tagrated  C1rcuit)に至るまで、パ
フォーマンスと信頼性を向上させるために広く研究が進
められている。
半導体表面の電気的特性を安定化すると共に、外部雰囲
気の影響から素子を保護するための・e2ソベー/ヨッ
膜は、特に、集積度の高い超大型半導体集積回路(超L
SI)等、微細な回路・セターンを有する半導体装置で
は、重要な存在となっている。
また、半導体テクノロジ二の進歩によυ、高集積化と共
に、チップサイズも大型化の傾向にあり、5間×5脳以
上にもなるような大型の半導体集積回路も実用化されて
きているにのような大型の半導体チップ全・ぞッシベー
7−I/膜によって被覆保護する場合、/セ、シベー/
ヨン膜にクラックが発生し易く、兜全に保護するのは困
難であるという問題があった。
例、t )−I: 、ランダムアクセスメモリ(’RA
M) O−”ヮシベーション膜としては、リン酸シリカ
系ガラス(Phospho  5ilicate  G
lass :以下PSGと指称す)膜が用いられている
。その構造は第7図にそのぜ4造の概略を示す如く、所
定の半導体領域(図示せず)の作り込まれたシリコン(
St)基板101上にアルミニウム(At)薄膜102
からなる配線・ぞターンが形成されておυ、その上層を
PSG膜103によって被覆保護すると共に更にその外
側をエポキシ樹脂104によってモールディングされて
なるものである。
このPSG膜の熱膨張係数は1oX10 /℃程度と非
常に小さいにもかかわらず、これよりも1桁以上も熱膨
張率の大きいアルミニウム薄膜102やエポキシ樹脂1
04と直接に接触するような構造となっているため、熱
処理工程あるいは、周囲の急激な温度変化等により、P
SG膜と、こ几に隣接するアルミニウム薄膜やエポキシ
樹脂との層重しい熱膨張差に二って該PSG膜の中に大
きな引張り応力が発生し、PSG摸にクラックが発生し
たり、ンリコ/基板にまでクラックが伝播したりするこ
ともあった。(第7図中白線6は応力勾配を示す。)こ
のようなりう、夕の発生は、半導体装置の信頼性あるい
;仁歩留りの低下を招く重大な問題となっている。
〔発明の目的〕
大発明は、前記実情に霞みてなされたもので、半導体装
置を被覆保護するための・ぞッンベーシ1ン1摸のクラ
ックを防止することによシ、半導体装置の歩留シを向上
させると共に信頼性を高めることを目的とする。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、大発明では、・セッシペーン
ヨン膜として、ガラス膜とこれに隣接するりなくとも1
層の応カ緩衝、膜とからなる多層構−の膜に二って、基
板表面を被覆保護する二うにしている。
更:/C1太発明では、基板表面をガラス膜を含む・ぞ
ッンベー7Mン膜によって被覆保護するにらたり、該基
板の表面上にガラスFおよび少なくこ一1層の応力緩衝
膜を順次積層せしめた後、アニール処理を施すようにし
ている。
ここで、アニール処理は、該ガラス膜のガラス転移点以
下の所定の温度で・ぞッシベーション膜の形成さ九た基
板を一定時間加熱することによってなされるが、この処
理により、着膜工程ンておいて発生した気泡等に起因す
るピンホールが大雪に減少し、安定で均質な、J’−/
ンベーショ/膜を形成することができる。
また、ガラス膜内にイ゛オ/注入i−!−ちるいは2:
散性等により、ガラス構造の網目修飾イオンの位置に入
るような元素を導入すること:・てより、該ガラス膜の
膨張工が高められ、温度差に対する耐性を更に高めるこ
とが可能となる。
なお、ノンッシベーション膜内:τ発生する引張り応力
が1200に9/α2以下こなるようにしたとさ、この
膜のクラックの発生はほとんど仰制さnεことが太発明
者によって確認でれている。
〔効 果〕
このように、本発明では、基板表面を、応力緩衝膜を具
えた多層構造のパッシベーション膜によって抜覆保1し
ているため、外部雰囲気の温度変化等に対しても該iP
ッンベーション膜のクシツクの発生は大喝に低減され、
大型のデバイスに対しても、リークの発生はほとんど皆
無となり、製造歩留9が向上すると共に、デバイスとし
ての信頼性も高められる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
〔実施例1〕 第1図は、メモリーの機能部の保護構造を模式的に示す
もので、所定の素子領域の咋シ込まれた/リコ7基板1
上にアルミニウム薄M2から形成された電翫配線層が、
膜厚約2000久のPSG膜内にボロン(B)がイオン
注入によって打ち込まnてなる第1の膜3と膜厚約5o
oo′にの応力緩衝膜としての窒化シリコン膜(SiN
) 4とからなるパッシベーション膜旦によって被覆さ
れており、さらにその上層を、エポキシ樹脂の充填され
た樹脂キャップ6で覆い気密封止したものでちる。
この保護構造は次のようにして実現される。
まず、所定の素子領域(図示せず)>よびアルミニウム
薄膜2からなる配線層の形成された/リコン基板1(第
2図参照)の表面全体にCVD法によりPSG膜3′を
着膜する。
次いで、イオン注入法により、第3図に示す如く、ゾロ
ンイオンBを前記PSG膜3′内に打ち込む。
このときの打ち込みの条件は、40 KeV 、 I 
XIO”!”−2とする。    ・ この後、プラズマCVD法によシ、膜厚s o o、o
 Xの窒化シリコン膜4を、第4図に示す如く形成する
続いて、300℃でアニールした後、通常の方法によっ
て樹脂封止を行なう。
このようにして形成されたパッ7ベーンヨン膜は、ゾロ
ンのイオン注入により、PSG膜の膨張率・ が高めら
れること、アニールによりピンホールが大幅に減少する
こと等の理由により第1図aK示す如く応力勾配もなだ
らかであると共に7母ツシベーシヨン膜内における引張
応力1ti 700 kg /cry”とな砂、クラッ
クの発生星も5 rma X 5 mサイズの/リコン
基板の場合、第7図に示された:うな従来の81基板/
 p、を凛/ PSG膜/エポキ7構造に比べ1/10
以下となった。又、クラックが発生した場合にも、ヱ、
力が・ぞッシベーション膜内に吸収され、シリコン基板
:(まで達することはほとんどなくなった。
〔実施例2〕 また、第5図に示すのは、実施例1と同様のアルミニウ
ム配線層12の形成されたシリコン基板110表面にヒ
素(As )イオンの注入さRfc膜厚約2000λの
PSGS上膜と、摸厚約5000^の窒化/リコン、摸
14とからなるパッシベー7ヨンfJL上を形成すると
共に、更にその上層をエポキ7丈、指の充填された樹脂
キャップ16で覆った+4造で58゜ この場合も、・そツ/ベーショ/膜15に実施例1の場
合と同様の手、qaに従って、着膜後熱処理を行なうこ
とにより形成されるが、このと@ o psc膜へのヒ
素イオンの注入条件は、150KeV、I×1015c
m−2でちる。
このようにして形成された・ぞッ/ベーンヨン嘆内に発
生する応力は800に9/cTn2とな9、クラ。
りの発生率も、5mX5+o+サイズのシリコン基板の
場合、第7図に示したような従来のSii板/At膜/
 psc膜/エポキシ構造に比べ115程宝となった。
また、クラックがシリコン基板にまで達するようなこと
もなかった。
〔実施例3〕 更に、第6図に示すのは、実施例1および実施例2と同
様に、アルミニウム配線層22の形成されたシリコン基
板21の表面に、パッンベーンヨン膜25として、ヒ素
イオンの注入されたボロン−リン酸−7リカ系ガラス(
BPSG)膜23(膜厚5000 、”く)と窒化シリ
コン膜24(膜厚5000久)との2層構造膜を用い、
その上層をエポキシ樹脂の充填された樹脂キャッ゛プ2
6で気密封止した構造である。
この場合も、製造方法は実施例1の場合と同様であるが
、・セッ/ペーノヨン膜工二〇形成は、次のようにして
行なわれる。
まず、不純物ガスとしてボロンガスを流入しつつCVD
法によシ、BPSG膜を形成する。
次いで、150 KeV  I X 10  α の条
件でこのBPSG膜内にヒ素イオンのイオン注入を行な
った後、他の実施例の場合と同様に、プラズマCVD法
によシ窒化シリコン膜を着膜し、次いで350℃の温度
下でアニール処理を行なう。
なお、実施例においては、応力緩衝膜として窒化シリコ
ン膜(SiN)を用いたが、必ずしもこれに限定される
ものではなく、応力緩衝膜自体を多層構造とし、よシ緩
衝効果を高めたり、又、PSG膜の一方の側だけでなく
両側に応力緩衝膜を設けたシしてもよいことは言うまで
もない。
また、PSG膜中への注入元素については、ボロン、ヒ
素等の他、ガラス構造の網目修飾イオンの位置に入るよ
うな元素でちればよく、これにより、PSG膜の膨張係
数が高められるが、PSG膜へのイオン注入は必ず必要
というわけではなく psc膜そのものを用いても有効
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明実施例の半導体装置の保護構造を模式
的に示す図、第2ズ乃至第、4ス:亡、第1図の半導体
装置の・P7ンベー/ヨン膜■形成工への1部を示す図
、第5図および第6図は、本発明の他の実施例を示す模
式図、第7図は、従来例の半導体装置の保護構造を模式
的に示す図である。 101・・・シリコン基板、102・・・アルミニウム
薄膜(配線層)、103・・・PSG膜、104・・・
エポキシ樹脂、1・・・シリコン基板、2・・・アルミ
ニウム薄膜(電極配線層)、3・・・第1の膜(PSG
膜)、4・・・窒化シリコ7M、5・・パッンベーショ
ン膜、6・・・樹脂キャップ、B・・・ボロンイオン、
11・・・シリコン基板、12・・アルミニウム配線層
、13・PSG膜、14・・・窒化シリコン1115・
・パ、ンベーンヨン膜、16・・・樹脂キャップ、21
・・・/リコン基板、22・・・アルミニウム配線層、
23・・・BPSG膜、24・・・窒化シリコンg、2
5・・・パッシペーンヨン膜、26・・・樹脂キャップ
、a、b・・・応力勾配曲線。 第1図 第2 図 第3図   第4図 第5 図 慢 第6・図 竺 一一′−一)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定の素子領域あるいは配線領域の形成された基
    板の表面を、ガラス膜を含むパッシベーション膜によっ
    て被覆保護した半導体装置において、前記パッシベーシ
    ョン膜を、ガラス膜とこれに隣接する少なくとも1層の
    応力緩衝膜とからなる多層構造としたことを特徴とする
    半導体装置。
  2. (2)前記パッシベーション膜はリン酸系ケイ酸ガラス
    膜(PSG膜:phosphosilicategla
    ss)中に、ガラス構造の網目修飾イオンの位置に入る
    元素を含有したガラス膜と、シリコン窒化膜(SiN)
    との2層構造からなり、前記ガラス膜は基板側に配設さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
    半導体装置。
  3. (3)前記配線領域はアルミニウム膜から形成されると
    共に、前記パッシベーション膜上にはエポキシ樹脂層が
    形成されており、前記パッシベーション膜の引張り応力
    は1200kg/cm^2以下となるようにしたことを
    特徴とする特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項の
    いずれかに記載の半導体装置。
  4. (4)所定の素子領域あるいは配線領域の形成された基
    板の表面をガラス膜を含むパッシベーション膜によって
    被覆保護する方法において、前記基板の表面上にガラス
    膜、および少なくとも一層の応力緩衝膜を順次積層せし
    めた後、アニール処理を施すようにしたことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  5. (5)前記ガラス膜はプラズマCVD法によりPSG膜
    を着膜した後、ガラス構造の網目修飾イオンの位置に入
    るような元素イオンを該PSG膜内に導入することによ
    って形成されるようにしたことを特徴とする特許請求の
    範囲第(4)項記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6097079A (en) * 1996-11-14 2000-08-01 Advanced Micro Devices, Inc. Boron implanted dielectric structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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