JPH01251724A - 半導体装置の製法 - Google Patents

半導体装置の製法

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JPH01251724A
JPH01251724A JP63078637A JP7863788A JPH01251724A JP H01251724 A JPH01251724 A JP H01251724A JP 63078637 A JP63078637 A JP 63078637A JP 7863788 A JP7863788 A JP 7863788A JP H01251724 A JPH01251724 A JP H01251724A
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JP
Japan
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hydrogen
layer
interface
sio2
ions
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JP63078637A
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English (en)
Inventor
Hisayoshi Yamoto
久良 矢元
Terumine Hirayama
照峰 平山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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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、半導体装置の製法に関し、特に5i−SiO
2界面特性の改善に関するものである。
〔梵B目の概要〕
本発明は、半導体基板に接する酸化層中に水素イオンを
イオン注入した後、熱処理して水素を5i−SiO□界
面に拡散せしめることによって、例えば全面が水素拡散
を抑制する絶縁層で覆われ、且つTi系バリヤメタルを
用いた半導体装置においても、その5i−SiO2界面
への水素拡散を可能にし、Si −3iO□界面を改善
できるようにしたものである。
〔従来の技術〕
従来、高密度集積回路素子においては、表面の平滑化の
ためにリフロー膜が用いられる。リフロー膜としてAs
5G (ヒ素シリケートガラス)膜を用い、またオーバ
ーコート層としてプラズマSiN層を用いると、プラズ
マSiN層からの水素拡散によりSi −SiO2界面
に大密度のプラス電荷が生じるために、高温CVD−5
iN WlやPSG (リンシリケートガラス)膜をA
s5G膜の上層又は下層に形成することが行われている
半導体集積回路においては、金属配線としてシリコン基
板との合金化反応を防ぐために0.5〜2.0%のシリ
コンを含むアルミニウム(以下へ〇−3iという)、或
は0.5〜2.0%のシリコンと0.5〜2.0%の銅
を含むアルミニウム(IM下Al1−5i−Cuという
)が用いられている。しかるに、集積度を上げるために
寸法の縮少を進めていくと、A/−5iSA1−5i−
Cuの金属配線と、例えばn9又はP″領域のコンタク
ト抵抗の上昇及びばらつきが生ずる。
この現象は既に知られているようにno又はP0領域の
コンタクト部上にAl −5i中のSiが析出成長する
ためにAlとno又はP″領域の接触面積が減少するた
めに生ずるものである。これに対処するために、既に知
られているTi系バリヤメタルを用いた金属配線、例え
ばTi/Tin / AI −5tを採用するとコンタ
クト抵抗は改善される(月刊Sem1conducto
r World 1987+  3 90頁〜94頁参
照)。
一方、半導体集積回路において、一応の製造工程を経て
出来上ったばかりの状態ではシリコン層とその上のSi
01層との界面が極めて不安定で電気的特性が劣化して
いるために、かかる半導体集積回路を水素を含むガス雰
囲気中で熱処理して電気的特性の改善を図ることが知ら
れている(特公昭48−21424号、特公昭60−2
778号参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述したように一般に半導体装置では金属配線を形成し
た後、Alの熱処理(水素を含むガス雰囲気中、350
℃〜450℃、1〜3時間)を行って金属配線とno又
はP 4111域間のオーミックコンタクト形成と、S
51−3in界面特性の回復を図っているが、金属配線
としてTi系バリヤメタルを用いた場合、5i−3iO
□界面の回復ができない。
特にチップ全面に高温CVD−5iN膜、PSG膜、B
PSG膜等が形成され、且つ金属配線コンタクト部にT
i系バリヤメタルが形成されていると、通常の熱拡散法
即ち水素を含むガス雰囲気中で熱処理し、水素を拡散さ
せても電気的特性例えばMOS l−ランジスタの閾値
■いやサブスレッショルド係数:S値のばらつきが生じ
る。この電気的特性のばらつきは、Ti膜厚に比例する
ことや、MOS  )ランジスタのチャンネル長し、チ
ャンネル幅Wに比例することから、5i−3iO□界面
への水素の拡散が、バリヤメタ/L/ (7) T i
膜と高温CVD−5iN膜、PSG膜、BPSG膜等に
よって抑止されるために生じるものと考えられる。また
、水素の拡散が妨げられるため、例えば多結晶シリコン
抵抗負荷型のスタティックRAMでは多結晶シリコン抵
抗値が低下し、スタンバイ電流が増加する。
本発明は、上述の点に鑑み、チップ全面に水素拡散を抑
制する眉間絶縁膜を有し、且つTi系バリヤメタルを用
いた構成等においても、そのSi −5iOz界面への
水素拡散を可能にし、Si −510g界面を改善でき
るようにした半導体装置の製法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、半導体基板に接する酸化層中に水素イオンを
イオン注入した後、熱処理してSi  Sing界面に
水素を拡散させる。
水素イオンのイオン注入は、酸化層上に水素拡散を阻止
する層及びリフロー膜を形成し、コンタクト部を含んで
金属配線を形成した後に、或は最終工程で行うことがで
きる。水素イオンとしては、H”、H!″、H3゛等で
あり、イオン注入後の熱処理は300℃〜500℃、5
〜10分の低温でけうを可とする。金属配線としては、
例えばTi系バリヤメタルを用いた金属配線、或は通常
のAl主体の金属配線を用いることも可能である。
〔作 用〕
本発明法においては、半導体基板に接する酸化層中に水
素をイオン注入し熱処理して5i−5ift界面に水素
を拡散させるので、例えば全面に高温CVD・SiN膜
或はPSG膜等の水素拡散を阻止する膜が形成され、ま
たTi系バリヤメタルを用いた半導体集積回路において
も、そのSi  5i(h界面に水素を拡散することが
でき、5i−3iO□界面が改善されて電気的特性の改
善が図れる。
そして、イオン注入を用いるので、制御性よく且つ均一
にSi  5i(h界面への水素拡散が行われる。
また、水素拡散に要する熱処理時間も比較的短時間で済
む。
半導体装置の構造としては、水素の拡散路をわざわざ設
ける必要がな(、オーバーコート層も水素を通すプラズ
マSiNに限ぎることなく、他の材質例えばAs5G層
等を用いることも可能である・〔実施例〕 以下、第1図を用いて本発明による半導体装置の実施例
を抵抗負荷型スタティックRAMに適用した場合につき
説明する。
先ず、第1国人に示すようにシリコン基板fll上に素
子間分離領域となる選択酸化(LOGO3)によるSi
O□層(2)を形成し、このSing層(2)で囲まれ
た素子形成領域にSingよりなるゲート酸化膜(3)
を介して第1層多結晶シリコンよりなるゲート電極(4
)を形成し、また基板表面にソース領域(5)及びドレ
イン領域(6)を形成した後、SiO□層(7)を介し
て負荷抵抗となる高抵抗多結晶シリコン(第2層多結晶
シリコンよりなる)(8)を形成し、さらにSing層
を介して全面に低圧CVD (化学気相成長)によるS
iN膜(9)及び八sSG (ヒ素シリケートガラス)
、psc(リンシリケートガラス)又はBPSG (ボ
ロン・リンシリケートガラス)等による眉間絶縁膜即ち
所謂リフロー膜(10)を形成する。次いで、ソース領
域(5)及びドレイン領域(6)に対応するコンタクト
孔を形成し・Ti系バリヤメタル(14)及びAI主体
のメタル(15)からなる金属配線即ちソース電極(1
1)及びドレイン電極(12)を形成する。しかる後、
選択酸化SiO□層(2)、高抵抗多結晶シリコン(8
)に達するエネルギーで水素イオンをイオン注入する。
(13)は水素イオン注入層である。ここで、例えばり
フロー膜(lO)は5000人程度1低圧CVD−5i
N層(9)は500人程1、その下(D CVD−5i
ft層(7)は3000〜4000人程度、選択酸化S
iO□層(2)は5000人程度1低ることができる。
従って、水素は低圧CVD−5iN膜(9)の下に注入
すればよいので、水素イオンH’の場合は40KeV 
〜200KeVで1014〜10Iフイオン/ cd程
度打ち込めばよい。40KeV打ち込んだときの水素イ
オンH°のR1は約53001程度、200KeV打ち
込んだときの水素イオンH゛のRrは約153001程
度となる。
また、Ti系バリヤメタルを用いた電極メタルとしては
、Ti/Ti0N/ A1. Ti/TiN / A1
. Ti/TiN / A1. Ti/TiN/^1 
、 Ti/TaSi/ A It、Ti/TiSi、 
/ A1、Ti/TaSi、 / AI、(但し、AI
としてはAl、  Aff−5i又はANSi−Cu等
を用いうる)を用いることができる。
そして、第1図Aにおいて低圧CVD−5iN膜(9)
下のSiO□層(2)及び高抵抗多結晶シリコン(8)
中に水素イオンを注入した後、300℃〜500℃、5
分〜10分の低温アニールを施す。
次いで、全面に例えばプラズマSiNによるオーバーコ
ート層(16)を被着形成して第1図Bに示す抵抗負荷
型スタティックRAM (17)を得る。
上述の製法によれば、全面に水素拡散を抑制する低圧C
VD−3iN膜(9)及びリフロー膜(10)が形成さ
れ、水素拡散を抑制するTi系バリヤメタルを用いたソ
ース電極(11)及びドレイン電極(12)が形成され
ているも、低圧CVD−3iN膜(9)の下のSiO□
層(2)中及び高抵抗多結晶シリコン(8)に水素イオ
ンをイオン注入して低温アニールを行うことにより、水
素イオンをSi  SiO□界面に拡散せしめることが
でき、5i−5iO2界面を良好に改善することができ
る。従って、電気的特性この例ではMOS )ランジス
タの閾値■、いサブスレッショルド係数:S値を理想的
な水準にまで改善することができる。
また同時に水素が高抵抗多結晶シリコン(8)にも拡散
されることにより、高抵抗多結晶シリコン(8)の抵抗
値をコントロールすることができ、即ち抵抗値を大きく
することができ、従ってスタンバイ電流を低下すること
ができる。
そして、本性は、従来の水素を含むガス雰囲気中で熱処
理して水素を拡散させる所謂熱拡散法に比較して次のよ
うな利点を有する。
熱拡散法ではTi系バリヤメタルを用いた場合、水素を
5i−SiO2界面に拡散させるための拡散路を適当な
個所に設ける必要があるが、本性では拡散路を設ける必
要はない。
熱拡散法ではオーバーコート層として水素を拡散するプ
ラズマSiN層を用いなければならないが、本性ではオ
ーバーコート層はプラズマSiN以外のもの例えば^s
SG等を用いることも可能である。
熱拡散法では熱処理時間が60分〜150分程度である
が、本性では水素イオン注入後の熱処理である5分〜1
0分で済み、熱処理時間が短縮される。
熱拡散法では水素拡散は不均一であり、水素量の制御性
も悪いが、本性ではイオン注入によるため、水素拡散は
St −5i(h界面の各部で均一に行われ、且つ水素
量の制御性も良い。
尚、上例では抵抗負荷型のスタティックRAMに適用し
たが、その他のMOS −LSI或はバイポーラIC等
にも適用できる。バイポーラICに適用した場合にはS
t  5i02界面の改善で電流増幅率hytのばらつ
きが回避され、hyyを理想的な水準まで改善すること
ができる。
又、上例ではTi系バリヤメタルを用いたが、これに限
らず通常のAI主体のメタルを用いた半導体装置にも本
発明は適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体基板に接する酸化層中に水素イ
オンをイオン注入した後、熱処理して5i−SiO2界
面に水素を拡散させることにより、Si −510g界
面を改善することができ、電気的特性を改善することが
できる。
特に、全面が水素拡散を抑制する高温CVO・SiN層
、PSG層、BPSG層等で覆われ、またTi系バリヤ
メタルが用いられている半導体装置においても、水素を
5i−3i(h界面に拡散してそのSt −SiO2界
面を改善することができる。
従って高集積の?l0S−LSI 、バイポーラIC等
の5i−SiOz界面特性の改善に適用して好適ならし
めるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図A及びBは本発明の半導体装置の製法の一例を示
す工程図である。 (1)はシリコン基板、+21. +71はSiO□層
、(4)はゲート電極、(5)はソース領域、(6)は
ドレイン領域、(8)は高抵抗多結晶シリコン、(9)
は低圧CVD−5iN層、(10)はりフロー膜、(1
1) 、 (12)はTi系バリヤメタルの電極、(1
3)はイオン注入層、(14)はTi系バリヤメタル、
(15)はAI主体のメタル、(16)はオーバーコー
ト層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板に接する酸化層中に水素イオンをイオン注入
    した後、熱処理してSi−SiO_2界面に水素を拡散
    させることを特徴とする半導体装置の製法。
JP63078637A 1988-03-31 1988-03-31 半導体装置の製法 Pending JPH01251724A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0474431A (ja) * 1990-07-16 1992-03-09 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0474431A (ja) * 1990-07-16 1992-03-09 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法

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