JPH012365A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH012365A
JPH012365A JP62-158232A JP15823287A JPH012365A JP H012365 A JPH012365 A JP H012365A JP 15823287 A JP15823287 A JP 15823287A JP H012365 A JPH012365 A JP H012365A
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JP
Japan
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film
insulating film
oxide film
forming
silicon
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JP62-158232A
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JPS642365A (en
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恵一 香川
四之宮 富士満
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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、特にシリコンをもちいたLSIの
製造方法に関するものであり、うすい酸化膜上で多結晶
シリコン−アルミニウムの直接コンタクトをとる場合の
製造方法に利用しうる。
従来の技術 近年、LSIの高集積化、高密度化にともない用いられ
るデバイス構造も微細なものとなってきた。特にシリコ
ンを用いたMO8LSIに於て、顕著である。例えばM
OSトランジスタのゲート酸化膜を例にとると、198
1年頃は70nm、1984年40nm、そして現在は
20nm、特殊な用途に於ては10nmと非常に3くな
ってきた。また、酸化膜上のゲート電極も多結晶シリコ
ン(以下、Po1ySiと略す)が広(用いられていた
が、最近では、高融点金属や、高融点金属とシリコンの
化合物であるシリサイドもMO8LSrの高速化の為に
用いられている。標準的なMOSトランジスタの構造断
面図を第2図に示す。
シリコン基板1上に薄いゲート酸化膜3と厚いフィール
ド酸化膜2が形成されており、更に両者に跨って低抵抗
のPo l yS iゲート電極6がパターンだしされ
ている。薄い酸化膜の領域がM OSトランジスタの能
動領域となり、厚い酸化膜の領域が受動領域で、能動領
域のトランジスタへの分離部となる。但し、この図では
トランジスタのソース或はドレイン等は記していない。
このMOSトランジスタのゲート電極6の外部配線への
とりだしは、層間11i7のコンタクト部8よりアルミ
ニウム配M9により行われるのが通常である。このとき
、上記のコンタクト部8は、通常フィールド酸化膜2上
のPo1ySi6に対して形成される。なぜならコンタ
クトを覆うアルミニウム配線部と下地のシリコンとの容
量が小さいほどMO3LSIの速度が早くなるために、
間の酸化膜厚がより厚い部分で配線せんがためである。
しかし、集積度が増すに連れ、Po1ySiを配線とし
て使用することも多くなり、その配線の抵抗が無視でき
な(なってきた。例えば、十分濃度を濃(した低抵抗P
o 1 yS iゲート配線においても2ミクロン幅で
500ミクロンも引っ張り回すと5にΩもの高抵抗とな
ってしまう。従ってその抵抗を下げてやるために低抵抗
の金属、例えばアルミニウムなどで裏打ちをする必要が
ある。つまり、Po1ysi上に直接アルミニウムを堆
積する必要がある訳であり、しかも、従来のようにフィ
ールド酸化膜2上だけでな(、高密度化の為にはゲート
酸化膜3上にもPo I yS i−アルミニウムの直
接コンタクトを設けてやらないと抵抗は下からな(なる
。もちろんゲート電極としてPo1ySiを用いずに、
シリサイド化合物や高融点金属を使用すれば、その抵抗
は1/′5はど下がるが、製造方法に問題が残る。
従って、従来のPo1ySi配線工程では、厚いフィー
ルド酸化1112と薄いゲート酸化膜3を形成したのち
、ゲート電極と配線を兼ねるPo1ySiを堆積し、熱
拡散法により不純物を導入する。さて、この熱拡散法と
いうのは、上記のPOlysiのついたシリコン基板を
900℃程度の高温電気炉に於て、オキシ塩化リン(P
OCl2)や3臭化はう素(BBr3)などの拡散源上
に、キャリアーガスと酸素ガスを流して、Po1ySi
膜上にP(燐)やB(はう素)の各々のガラス層を形成
し、そこよりPやBを多量にドープしたものである。こ
のPやBの不nカイガラス層をフッ酸で除去し、その後
、層間絶縁膜7を堆積し、一部をぶつ酸により窓明けし
、アルミニウム膜9堆積を行う方法をとる。実際のMO
3LSIの製造工程においては、もっと複雑であるがこ
こでは本発明に関するところのみをのべた。
発明が解決しようとする問題点 しかし、前述のようにゲート酸化膜が薄くなるに連れ新
たな問題が浮かびあがりそれはゲート酸化膜の耐圧不良
となって現れてきた。つまり、うすい酸化膜上でPo 
I yS i−アルミの直接コンタクトを用いることに
よりMO8LSIの歩どまりが極端に低下することが分
かったのである。つまり、第3図に示すように、薄い酸
化膜3(この例では20 n m )上に低抵抗のPo
1ySi6゜及びアルミニウム膜9を堆積したものの酸
化膜耐圧を調べると第4図に示すように、耐圧不良が多
数発生する。特に酸化膜厚が50nm以下になると顕著
である。
上述問題は以下の理由により生ずると思われる。即ちP
o l yS iを酸化膜上に堆積すると、小さなグレ
イン(結晶粒界)が多数発生し、次工程の熱拡散により
ガラス層が粒界に沿って酸化膜まで浸透する。次のガラ
ス層を除去する工程で下地の酸化膜まで薄(エッチされ
、そこにアルミニウムが来れば酸化膜厚が減少した分だ
け耐圧不良の原因になると予想される。さらに、Po1
ySi−アルミニウムの二層模の熱膨張係数の差により
発生する応力の為にアルミニウムが異常拡散するとも言
われている。特に結晶粒界が不規則に多数存在するPo
 l yS i−アルミニウムの場合に局部的な応力が
発生するようである。なぜならPo1ysiゲート、或
はアルミニウムゲートの単層膜ならば耐圧の劣化は生じ
ないからである。何れの場合もPo1ySiの堆積状態
に非常に関係する。つまり結晶粒界の存在が大きな意味
を持ち、熱拡散時の不純物塊がトラップされるために悪
影響を及ぼすものと判断される。通常、Po1ySiは
600℃前後での、減圧下雰囲気でSiH4ガスの熱分
解により堆積され、しかも下地が酸化膜であるため、結
晶粒界が必ず発生する。より低温でアモルファス状に堆
積することができるが、次工程の熱拡散時に再度熱処理
を受は結晶粒界が成長してしまう。
本発明は、上述の問題点に鑑みて成されたもので、Po
1ySiの結晶粒界の発生を極力抑え、熱拡散時の均一
性を高め、ゲート酸化膜の耐圧不良を減少することがで
きる半導体の製造方法を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、Po1ySiの
堆積後にSiイオンを注入し、その後に高温で熱拡散す
るという工程を備えたものである。
作用 本発明は上述の構成によって、Po1ySiの結晶粒界
を減少し、高密度で結晶性の良いPo1ySiへと変質
させ、次工程の熱拡散によっても均一な構造のPo I
 yS iが維持されるため、アルミニウムとの密着性
も向上し、局部的な応力の発生もみられず、従ってゲー
ト酸化膜への影響も極めて少な(なり、酸化膜耐圧が向
上することが可能となる。
実施例 第1図は本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の概略の断面図である。シリコン基板1上に厚いフィー
ルド酸化膜2と、薄いゲート酸化膜3を形成する。これ
は一般に良く知られている選択酸化法を用いれば良い。
通常、各々の熱酸化膜厚は、500nm、20nm程度
である。次に、全面に、減圧CVD法により300nm
のPo1ysi4を堆積する。堆積温度は600℃でS
iH4ガスの熱分解を利用する。その後、第1図(b)
に示すようにシリコン(Si”)のイオン注入を行う。
5はSiイオンの注入されたPo1ySi@域である。
加速電圧は25Kevないし100Kev、注入量は1
E15/cwt以上が望ましい。逆に注入量をそれ以上
多く増やしても、後述の効果は、徐々にしか増えない。
その後900℃に保った電気炉中にシリコン基板を挿入
し、オキシ塩化燐(POCl2)を拡散源として、キャ
リアーガスである窒素ガスと、酸化剤である酸素カスを
流すことによってリンガラスをPo1ySi上に形成し
、リンを高濃度に導入する。そのときのシート抵抗は2
5Ω/口程度である。生じた5nm程度のリンガラス層
をフッ酸で除去したのち、この低抵抗Po1ySi6を
ゲート或は配線の所定のパターンとして形成しく第1図
C)、眉間絶縁膜7を堆積する。(第1図d)通常CV
D法で500nm以上堆積し、熱処理を加えて焼きしめ
を行う。その後、第1図(e)に示すように薄いゲート
酸化膜上のPo1ySi6に対して所定のコンタクト窓
8をホトリソグラフィー及びエツチング工程を用いて開
孔する。引き続いてアルミニウム配線9を行う。以上が
簡単な工程フローであり、Po I yS icニアル
ミニウムの接続を中心に話を進めた。本発明のようにP
o1ySiにSiイオンを注入することによって、その
結晶粒界をなくすと共に、熱処理による再結晶化を防ぐ
ことが出来る。また、均質なPo1ySiであるため、
拡散も均一であり、リンガラス層も表面のみ付着し、局
所的に浸透することもない。第5図には、本発明を用い
た場合の第4図の試量と同一酸化膜厚、同一ゲート面積
での耐圧の向上例を示す。第4図の従来の構造と同じ<
、Po1ySiとアルミニウムとを直接重ねたものであ
り、低電界に対して明らかな特性改善がみられる。
尚、本実施例は、薄いゲート酸化膜上のPolySi上
にのみコンタクト部をもうけたものであるが、勿論厚い
フィールド酸化膜上でもなんら問題はない。またコンタ
クト部も非常に大きくとって、はとんどのPo l y
S i上にアルミニウムがきても良い。更に、アルミニ
ウムのみならず、シリコン入りアルミニウム、モリブデ
ン(Mo)、タングステン(W)、チタニウム(T i
 ) 、コバルト(Co)1.或はそれらのシリサイド
化合物でも良い。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、Po1ys
iにシリコンをイオン注入することにより結晶粒界を減
少させ、より均一で良質なPo1ysi膜とし、更には
、熱処理後でも均一なP。
IySiを維持できる事が明らかである。従って、Po
 I yS i−アルミニウム二層膜による薄い酸化膜
の耐圧劣化を回避でき、ひいては、MO8LS Iの高
集積化及び歩どまり向上につながるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例の工程フロー断面図、第
2図は従来の方法による構造断面図、第3図は酸化膜耐
圧の測定を実施したMO8構造の断面図、第4図は従来
の方法での酸化膜耐圧分布例を示し、縦軸は不良発生個
数で、横軸は1cm口のゲート電極に於て1nAの電流
が流れるときの電界強度を示す図、第5図は本発明例に
よるMO8構造の耐圧分布例を示す図である。 1・・・シリコン基板、3・・・ゲート酸化膜、6・・
書Po1ySi、9・・・アルミ配線。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名!1図 第1図 第2図 第3図 ? 第4図 第5図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に厚い絶縁膜と薄い絶縁膜を形成す
    る工程と、前記絶縁膜上に多結晶シリコンを形成する工
    程と、前記多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入す
    る工程と、前記多結晶シリコン膜中に熱拡散によりリン
    もしくはホウ素を導入する工程と、前記多結晶シリコン
    膜を所定のパターンに形成する工程と、前記多結晶シリ
    コン膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁
    膜に所定のコンタクトパターンを形成し不要な層間絶縁
    膜を除去する工程と、前記コンタクト部を覆うように金
    属薄膜を形成する工程とから成る事を特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  2. (2)コンタクト部が、薄い絶縁膜を必ず含む絶縁膜上
    の多結晶シリコン上にあることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)薄い絶縁膜が40nm以下、シリコンイオン注入
    量が1E15/cm^2以上、熱拡散が800℃以上、
    金属薄膜がAL、シリコンを含むAL、あるいは、W、
    Ti、Mo、Coの高融点金属、もしくはそれらのシリ
    サイド化合物である事を特徴とする特許請求の範囲第1
    又は第2項記載の半導体装置の製造方法。
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