(57)【要約】【課題】金属配線の間にボイドのない優れた膜を形成しながらプラズマによる接合漏洩電流を防止することが可能な半導体素子のパッシベーション層形成方法を提供する。【解決手段】多数の金属配線が形成された基板を高密度プラズマＣＶＤ法の蒸着装備にローディングする段階と、プラズマによるダメージを防止するために、前記金属配線を含んだ全体構造上に第１工程条件で第１絶縁膜を形成する段階と、前記金属配線の間をギャップフィルするために、前記第１絶縁膜上に第２工程条件で第２絶縁膜を形成する段階と、前記蒸着装備から前記基板をアンローディングした後、前記第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する段階とを含む。【選択図】図１
2006041505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の金属配線が形成された基板を高密度プラズマＣＶＤ法の蒸着装備にローディングする段階と、
プラズマによるダメージを防止するために、前記金属配線を含んだ全体構造上に第１工程条件で第１絶縁膜を形成する段階と、
前記金属配線の間をギャップフィルするために、前記第１絶縁膜上に第２工程条件で第２絶縁膜を形成する段階と、
前記蒸着装備から前記基板をアンローディングした後、前記第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する段階とを含むことを特徴とする半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項２】
前記第１絶縁膜は、酸化物を５００Å〜１０００Åの厚さに蒸着して形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項３】
前記第１工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを３０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを３００Ｗ以下印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項４】
前記第１工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを３０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＡｒガスを１００ｓｃｃｍ〜１２０ｓｃｃｍ供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを３００Ｗ以下印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項５】
前記第２絶縁膜は、前記金属配線の高さより１．５倍〜２．０倍厚く酸化物を蒸着して形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項６】
前記第２絶縁膜は、反応ガスとしてＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスのみを用いたプラズマＣＶＤ法で形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項７】
前記第２工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ〜６０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを前記ＳｉＨ４ガスの１．６倍〜２．０倍が維持されるように供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを２５００Ｗ〜３５００Ｗの範囲で印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【請求項８】
前記第３絶縁膜は、プラズマ増加型ＣＶＤ法で窒化物を蒸着して形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパッシベーション層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパッシベーション層形成方法に係り、さらに詳しくは、段々狭くなる金属配線の間にボイドのない優れた膜を形成するために高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＣＶＤ）法を適用するとき、プラズマが金属配線に電荷を流入させて発生する接合漏洩電流を防止することが可能な半導体素子のパッシベーション層形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ナノ級フラッシュ素子、ＤＲＡＭ素子及びその他の半導体素子に適用されるパッシベーション層(passivation layer)は、酸化物(oxide)と窒化物(nitride)を用いて金属配線間の空間を十分埋め込んでボイド(void)の発生を抑制することにより、後続の工程における問題点をなくすことが主要目的である。パッシベーション層が備えるべき条件としては、次のような機能があるべきである。
【０００３】
第１に、下部回路(underlying circuit)の保護のための化学的、機械的障壁(barrier)の機能を持たなければならない。
【０００４】
第２に、水分に対する障壁(moisture barrier)特性に優れなければならず、ストレス統制(controlled stress)、優れた密封性(goodhermeticity)、最小限のキャパシタンス(minimal capacitance)、及び優れたギャップフィル(good gap fill)能力を持たなければならない。
【０００５】
ところが、半導体素子の高集積化に伴って金属配線間の空間も狭くなってアスペクト比(aspect ratio)が大きくなりながら、金属配線をボイドなしで完璧に埋め込む(gap fill)ことが難しくなっている。次の段階で発生する残留物(residue)はボイド内に集まる。これは工程の欠陥要因となって素子の故障(fail)を誘発する。すなわち、以後の段階で熱が加わると、ボイド内の残留物が外に出る可能性がある。
【０００６】
金属配線間の空間を十分埋め込んでボイドの発生を抑制するために、Ａｒガス、ＳｉＨ４ガスおよびＯ２ガスを用いた高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰＣＶＤ）法で酸化物をまず蒸着し、その後プラズマ増殖型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法で窒化物を蒸着して、酸化膜と窒化膜の積層されたパッシベーション層を形成している。高密度プラズマＣＶＤ法で酸化物を蒸着するとき、金属配線間のギャップフィルを満足させる条件で行うために、高いバイアスパワー(high bias power)の下でプラズマ形成ガスとしてＡｒガスを使用する。このような酸化膜形成過程でＡｒによるプラズマが金属配線に電荷を流入させて下部ゲートまで影響を及ぼす。流入した電荷は、ゲートとソース接合部の間で漏洩電流の通路を形成する。このような漏洩電流により、製品の特性評価のための様々なテストの際に電流値の測定ができなくなるうえ、素子の電気的特性及び信頼性の低下をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、金属配線の間にボイドのない優れた膜を形成しながらプラズマによる接合漏洩電流を防止することが可能な半導体素子のパッシベーション層形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体素子のパッシベーション層形成方法は、多数の金属配線が形成された基板を高密度プラズマＣＶＤ法の蒸着装備にローディングする段階と、プラズマによるダメージを防止するために、前記金属配線を含んだ全体構造上に第１工程条件で第１絶縁膜を形成する段階と、前記金属配線の間をギャップフィルするために、前記第１絶縁膜上に第２工程条件で第２絶縁膜を形成する段階と、前記蒸着装備から前記基板をアンローディングした後、前記第２絶縁膜上に第３絶縁膜を形成する段階とを含む。
【０００９】
前記において、第１絶縁膜は５００Å〜１０００Åの厚さに蒸着して形成する。
【００１０】
前記第１工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを３０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを３００Ｗ以下印加し、あるいは反応ガスのＳｉＨ４ガスを３０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＡｒガスを１００ｓｃｃｍ〜１２０ｓｃｃｍ供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを３００Ｗ以下印加する。
【００１１】
前記第２絶縁膜は、前記金属配線の高さより１．５倍〜２．０倍厚く酸化物を蒸着して形成する。
【００１２】
前記第２絶縁膜は、反応ガスとしてＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスのみを用いたプラズマＣＶＤ法で形成する。
【００１３】
前記第２工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ〜６０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを前記ＳｉＨ４ガスの１．６倍〜２．０倍が維持されるように供給し、ソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、バイアスパワーを２５００Ｗ〜３５００Ｗの範囲で印加する。
【００１４】
前記第３絶縁膜は、プラズマ増殖型ＣＶＤ法で窒化物を蒸着して形成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、段々狭くなる金属配線の間にボイドのない優れた膜を形成するために、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰＣＶＤ）法を適用するとき、まずプラズマダメージが金属配線に直接影響を及ぼさないように低いバイアスパワーの下で第１絶縁膜を形成し、その後金属配線の間にボイドなしで十分にギャップフィルすることができるように高いバイアスパワーの下で第２絶縁膜を形成するので、金属配線の間を良好にギャップフィルしながらプラズマが金属配線に電荷を流入させて発生する接合漏洩電流を防止することができるため、素子の電気的特性及び信頼性を向上させることができる。また、金属配線の間をギャップフィルするための第１及び第２絶縁膜を同一の蒸着装備で形成するため既存と同水準の工程時間を確保することができ、ギャップフィルのための第２絶縁膜の形成の際にＡｒプラズマを使用しないことにより、既存のＡｒプラズマ使用時よりギャップフィル能力を向上させるうえ、Ａｒプラズマによるダメージを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、これらの実施例は様々な形に変形できるが、本発明の範囲を限定するものではない。これらの実施例は本発明の開示を完全にし、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面上において、各層の厚さまたは大きさは説明の便宜及びお明確性のために誇張されることもあり、同一の符号は同一の要素を示す。
【００１７】
図１ａ〜図１ｃは本発明の実施例に係る半導体素子のパッシベーション層形成方法を説明するための素子の断面図である。
【００１８】
図１ａを参照すると、多数の金属配線１２が形成された基板１１を高密度プラズマＣＶＤ法の蒸着装備にローディング(loading)した後、プラズマによるダメージを最小化するための第１工程条件で、金属配線１２を含んだ全体構造上に第１絶縁膜１３を形成する。
【００１９】
前記において、第１絶縁膜１３は、後続工程の際に発生するプラズマのダメージから金属配線１２を保護する役割をしながらオーバーハング(overhang)を最小化するように、酸化物を５００Å〜１０００Åの厚さに蒸着して形成する。第１工程条件は反応ガスのＳｉＨ４ガスを３０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスを６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍ供給し、プラズマ形成のためのソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、反応ガスを基板１１方向に引き寄せて金属配線１２間の空間を容易にギャップフィルするためのバイアスパワーを３００Ｗ以下印加する。このように低いバイアスパワーの下で第１絶縁膜１３を形成することにより、ギャップフィル能力は低下するが、Ｏ２プラズマによるダメージが金属配線１２に直接影響を及ぼさなくなる。
【００２０】
一方、第１工程条件で反応ガスとしてＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスにさらにＡｒガスを１００ｓｃｃｍ〜１２０ｓｃｃｍ供給して第１絶縁膜１３を形成することができる。この際、Ａｒプラズマが発生して金属配線１２に直接影響を及ぼすことができるが、低いバイアスパワーを使用するため、大きく影響を及ぼさない。
【００２１】
図１ｂを参照すると、金属配線１２の間にボイドなしで良好にギャップフィルするための第２工程条件で第１絶縁膜１３上に第２絶縁膜１４を形成する。
【００２２】
前記において、第２絶縁膜１４は、金属配線１２の間を十分ギャップフィルするために、金属配線１２の高さより１．５倍〜２．０倍厚く酸化物を蒸着して形成する。第２工程条件は、反応ガスのＳｉＨ４ガスを５０ｓｃｃｍ〜６０ｓｃｃｍ供給し、反応ガスのＯ２ガスをＳｉＨ４ガスの１．６倍〜２．０倍に維持されるように供給して第２絶縁膜１４の反射指数(reflective index；ＲＩ)値が１．４６０±０．０２を外れないようにし、プラズマ形成のためのソースパワーを３０００Ｗ〜４０００Ｗの範囲で印加し、反応ガスを基板１１方向に引き寄せて金属配線１２の間の空間を容易にギャップフィルするためのバイアスパワーを２５００Ｗ〜３５００Ｗの範囲で印加する。このように高いバイアスパワーの下で第２絶縁膜１４を形成することにより、優れたギャップフィル能力で金属配線１２の間を埋め込ませることができるが、第２絶縁膜１４の形成の際に発生するプラズマが金属配線１２に電荷を流入させるおそれがある。ところが、プラズマによる電荷流入を既に形成された第１絶縁膜１３が防止する役割をして、既存高いバイアスパワーの下でＡｒプラズマ使用により問題になった接合漏洩電流を防止することができる。すなわち、第２絶縁膜1４は、反応ガスとしてＳｉＨ４ガスとＯ２ガスのみを用いて高いバイアスパワーで形成する。
【００２３】
図１ｃを参照すると、高密度プラズマＣＶＤ法の蒸着装備から第１及び第２絶縁膜１３及び１４の形成された基板１１をアンローディングした後、第２絶縁膜１４上に第３絶縁膜1５を形成することにより、第１、第２及び第３絶縁膜１３、１４及び１５の積層されたパッシベーション層３４５を形成する。
【００２４】
前記において、第３絶縁膜１５は、プラズマ増殖型ＣＣＳ（ＰＥＣＶＤ）法で窒化物を蒸着して形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】(a)、(b)、(c)のそれぞれは、本発明の実施例に係る半導体素子のパッシベーション層形成方法を説明するための素子の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１    基板
１２    金属配線
１３    第１絶縁膜
１４    第２絶縁膜
１５    第３絶縁膜
３４５    パッシベーション層
【図１】
2006041505.tif 000003