JPH0210577B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特にコンタクト領域で層間絶縁体
膜を包囲し、信頼性をより向上させるように改良
した半導体装置の製造方法に関する。

高集積化されるIC、LSI等の半導体装置にあつ
ては、その高信頼性がよりはげしく要求されるよ
うになつてきている。このような半導体装置にあ
つては、素子領域を有する半導体基板上に、層間
絶縁体膜として、高濃度PSG（Phospho Silicate
Glass＝リン硅酸ガラスを主成分とする絶縁物）
を用い、この高濃度PSG膜等をリフローして、
素子表面部を平滑化している。すなわち、配線金
属層の下地段差部での凹凸による配線金属層の断
線を防止するようにしている。

しかし、このような層間絶縁体膜は、高濃度の
リンを含むPSG膜で構成されるものであるため、
このPSG膜が吸湿した場合、高温、高湿の状態
でリンが溶け出して、その上部の配線金属層、例
えばアルミニウム配線層に腐食が生じ、これによ
り断線事故が発生することがある。また、吸湿時
にはPSG膜部で分極が起こり、例えば寄生フイ
ルドMOSを構成する場合に不安定要素となる場
合もある。さらに一例として、半導体装置として
Ｃ−MOSを構成する場合、この製造プロセスに
おいて層間絶縁体膜として用いるPSG膜のリフ
ローを行なう場合、コンタクトホール部分でＰチ
ヤンネルMOSトランジスタのソース・ドレイン
領域のＰ型部分に、PSG膜からリンが拡散され
る状態となり、MOSトランジスタの特性がそこ
なわれてしまうような問題も存在する。

この発明は、上記のような点に鑑みなされたも
ので、層間絶縁体膜を高濃度のリン等を含んだ絶
縁物で構成した場合でも、吸湿してリンが溶け出
して発生するような事故を防止し、またリンの拡
散されるような状態も生じないようにして、高密
度化のもとにさらに高信頼性が確実に得られるよ
うにするIC、LSI等の半導体装置の製造方法を提
供しようとするものである。

すなわち、この発明に係る半導体の製造装置に
あつては、半導体基板の素子領域に対応した表面
に、コンタクト領域を除くようにして選択酸化膜
を形成するもので、その上にリンガラスを主成分
とする層間絶縁体膜を形成し、この層間絶縁体膜
に対して上記コンタクト領域に対応し且つ上記選
択酸化膜に至るように第１のコンタクトホールを
開口を形成する。そして、この層間絶縁体膜上に
さらに上記第１のコンタクトホールの内部に及ぶ
ようにして絶縁膜を形成し、この絶縁膜に第２の
コンタクトホールを形成するもので、この第１お
よび第２のコンタクトホールの形成された部分に
金属配線層を形成するようにしているものであ
る。

したがつて、上記のようにして製造された半導
体装置にあつては、層間絶縁体膜が選択酸化膜お
よび絶縁膜により、特にコンタクトホール部分に
おいて包囲されるようになり、層間絶縁体層に含
まれるリンの溶出、拡散等が防止される。また、
層間絶縁体膜の下地として選択酸化膜が存在する
ものであるため、層間絶縁膜のリフロー時に基板
に対する影響が無くなるようになり、例えば高濃
度のPSG膜を用いた場合、あるいはスチーム中
でリフローを行うような場合でも、基板に対する
影響が効果的に防止されるものである。

以下、図面を参照してこの発明の一実施例に係
る半導体装置の製造方法を順次説明する。まず、
半導体基板として第１図に示すようにＰ型１〜10
Ω・cm〔100〕結晶面を有する単結晶シリコン基
板１１を用い、この基板１１の表面には、200〜
1000Åの熱酸化膜１２を形成し、さらにこの熱酸
化膜１２上に窒化シリコン（Si₃N₄）膜１３を形
成する。そして、第２図に示すように、例えば
MOSトランジスタ等となるべき活性領域１４を
残して、上記窒化シリコン膜１３を部分的に除去
する。この窒化シリコン膜１３の部分的除去手段
としては、このシリコン膜１３上にフオトレジス
トによるマスクを形成し、CF₄−O₂ガス系のプラ
ズマエツチングにより、フオトレジストによりマ
スクされない部分の窒化シリコン膜を除去して第
２図に示すような状態とする。

この第２図に示すようにパターン化された窒化
シリコン膜１３は、シリコン基板１１の熱酸化に
対して、耐酸化性マスクとして作用するもので、
この耐酸化性マスクを利用して、いわゆる選択酸
化法によつて第３図に示すように活性領域１４を
除く部分にフイールド領域１５を形成する。そし
て、このフイールド領域１５を形成した後に、第
４図に示すように窒化シリコン膜１３および熱酸
化膜１２を除去する。ここで、フイールド領域１
５は、0.7〜1.2μ程度であれば充分である。

なお、上記フイールド領域１５を形成する選択
酸化に先立ち、フオトレジストをマスクとしてシ
シリコン基板１１の活性領域１４以外の部分に、
イオン打込み法でボロンを打込み、寄生フイール
ドMOSトランジスタの反転防止のためにＰ型チ
ヤネルストツパ１６を形成する。

次に上記シリコン基板１１のフイールド領域１
５で形成される開口内、すなわち活性領域１４部
分に、熱酸化処理によつてゲート酸化膜として
500〜1000Åの二酸化シリコン膜１７を、第５図
に示すように形成する。このように活性領域１４
に二酸化シリコン膜１７を形成した後、フイール
ド領域１５を含むシリコン基板１１の全面に、リ
ンまたはヒ素を高濃度にドープした多結晶シリコ
ン、または高融点金属であるタングステン（Ｗ）、
モリブデン（Mo）またはそれらのシリサイド等
を全面にわたり0.3〜0.4μの厚さで析出させる。
以下この例では説明の便宜上多結晶シリコンを代
表として説明する。

次に、上記のように全面に形成された多結晶シ
リコン膜のMOSトランジスタのゲート部分、ま
たは配線層となるべき部分をフオトレジストによ
つて選択的にマスクし、例えばCF₄＋O₂系ガスの
プラズマエツチングによつて、第５図のように多
結晶シリコン１８を残存させる。そして、このパ
ターンを形成した多結晶シリコン１８の表面に熱
酸化によつて500〜1000Åの二酸化シリコン膜１
９を形成した。引き続き、イオン打込みによつて
活性領域１４の多結晶シリコン１８のパターン部
を除く部分に、リンまたはヒ素を打込み、ソー
ス、ドレイン領域２０を形成する。この場合、上
記実施例ではイオン打込みでソース、ドレインを
形成すべき領域の表面には、500〜1000Åのゲー
ト酸化膜として形成した二酸化シリコン膜１７を
残した状態でイオン打込みを行なうように説明し
たが、これはソース、ドレインを形成する領域の
基板１１表面を露出して行なうようにしてもよい
ことはもちろんである。また、パターン化された
多結晶シリコン１８の表面に二酸化シリコン膜１
９を形成せずに行なつてもよい。

次に、上記のように形成されたシリコン基板１
１の全面に対して、窒化シリコン膜を500〜1000
Åで析出形成し、前述したと同様にフオトレジス
トによるマスクを用いプラズマエツチングによつ
て、第６図に示すように例えばソース、ドレイン
となる部分、さらにゲートとなる多結晶シリコン
１８部に対応してパターン化した窒化シリコン膜
２１を形成する。

このように窒化シリコン膜２１を形成した後、
800〜1000℃程度の比較的低い温度のスチーム中
で、多結晶シリコン１８およびソース、ドレイン
領域２０等を酸化して、第７図に示すように2000
〜5000Åの部分的に厚い選択酸化膜領域２２を形
成する。

次いで、８〜12重量パーセント程度のリンを含
んだCVDSiO₂膜（以下PSG膜と称する）を全面
に1μｍ程度の厚さで形成し、このPSG膜によつ
て層間絶縁体膜２３を構成させる。そして、一般
的なフオトリンおよびHF水溶液系のエツチング
液で、前記窒化シリコン膜２１に対応するコンタ
クト領域部に、選択酸化膜領域２２に至る第１の
コンタクトホール２４を形成する。

このように第１のコンタクトホール２４を有す
る層間絶縁体膜２３を形成した後、、窒素または
スチーム中で1000℃前後で熱処理を行ない、層間
絶縁体膜２３を構成するPSG膜の軟化流動（い
わゆるPSGリフロー）によつて、特に第１のコ
ンタクトホール２４の鋭角部をゆるやかにする。
そして、第８図に示すように例えば窒化シリコン
膜または二酸化シリコン膜、さらには２〜７重量
パーセント程度のリンを含んだ低濃度PSG膜等
を全面に析出形成して、絶縁膜２５を形成する。
この実施例では、特に窒化シリコン膜を析出して
絶縁膜２５を形成する場合を代表して説明する。

すなわち、上記のように全面に絶縁膜２５を形
成する状態となると、図からも明らかなように、
第１のコンタクトホール２４部に対応して、窒化
シリコン膜２１と、絶縁膜２５を構成する窒化シ
リコン膜とが接合する状態となり、層間絶縁体膜
２３は、この両者によつて包囲される状態とな
る。

第９図は説明の便のために、第８図におけるコ
ンタクトホール２４部を拡大して示したもので、
このコンタクトホール２４より小さな第２のコン
タクトホール２６を形成するように窒化シリコン
膜２１と共に絶縁膜２５をエツチング等で除去す
る。すなわち、窒化シリコン膜２１および絶縁膜
２５を、レジストをマスクとしてコンタクトホー
ル２６に対応して二酸化シリコン膜１７，１９の
表面があらわれるまでエツチングし、さらにこの
二酸化シリコン膜１７，１９を、例えばフツ酸系
のエツチング液でエツチングし、基板１１および
多結晶シリコン１８の表面を露出させるようにす
る。したがつて、層間絶縁体２３は、選択酸化膜
２２と絶縁膜２５で囲まれ、上記コンタクトホー
ル２６部にはあらわれない状態となる。

尚、上記例では二酸化シリコン膜１７，１９を
形成したが、これは特に形成せずに行なうことも
できる。

そして、第１０図に示すように約１％シリコン
を含んだアルミニウム層をスパツタリングデポジ
シヨン法で析出して配線金属層２７とし、引き続
き全面にプラズマデポジシヨン法によつて、いわ
ゆるプラズマナイトライド層２８（窒化シリコン
膜）を形成するものである。

すなわち、上記のように構成される半導体装置
によれば、基板１１の表面全体にわたつて層間絶
縁膜２３として用いたPSG膜が窒化シリコンで
なる絶縁膜２５と選択酸化膜２２とによつて包囲
されることによつて、高温高湿状態下においてリ
ンが溶け出し、配線金属層２７が腐食されるよう
な事故は確実に防止できる。また、この層間絶縁
膜２３の下部には厚い二酸化シリコンによる選択
酸化膜２２が存在するため、層間絶縁膜２３の
PSG膜リフロー時に、基板１１に対する影響は
なくなるものであり、高濃度のPSG膜を用いた
場合、またはスチーム中でリフローを行なつた場
合でも、上記のように半導体基板１１への影響は
防止される。その結果、リフロー温度を低くする
ことが可能となり、ソース、ドレインとしての拡
散層の再分布がおさえられ、特に短チヤンネル
化、微細化を進める上で非常に優れたものとな
り、信頼性の高い高集積化の可能な半導体装置と
することができる。

尚、上記実施例はＮ−MOS IC、LSIに対応し
て説明したが、この発明はこれに限らず、Ｐ−
MOS、Ｃ−MOSあるいはバイボーラIC等に応用
することができることはもちろんである。また、
この実施例では窒化シリコンによる絶縁膜と選択
酸化膜と包囲された層間絶縁膜としてのPSG膜
は一層で示したが、これは多層構造であつてもよ
い。

以上のようにこの発明によれば、配線金属層が
半導体装置と接続するコンタクトホール部におい
て、高濃度のリンを含んだPSG膜でなる層間絶
縁膜層が包囲されているものであり、高温高湿時
におけるリンの溶け出しはおこらない。このた
め、上面はもちろんコンタクトホール部での配線
の腐食、断線等の事故の発生が確実に防止でき、
信頼性の高いものとすることができる。また上記
層間絶縁膜の下地として二酸化シリコンによる選
択酸化膜が存在するものであるため、PSG膜の
リフロー時にリンの溶出、拡散が阻止されるもの
であり、信頼性の高い高集積化の可能とされる半
導体装置の製造方法が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１０図はこの発明の一実施例に係
る半導体装置の製造過程を順次説明するための断
面構成図である。 １１…半導体基板、１４…素子領域、１５…フ
イールド領域、１７，１９…二酸化シリコン膜、
１８…多結晶シリコン、２０…ソース、ドレイン
領域、２１…窒化シリコン膜、２２…選択酸化膜
領域、２３…層間絶縁体膜（PSG膜）、２５…絶
縁膜、２７…配線金属層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板表面のコンタクト部分の領域を含
   む素子領域に、第１の窒化シリコン膜を形成する
   第１の工程と、 上記第１の窒化シリコン膜をマスクとして選択
   酸化を行い、上記素子領域部分に対応する領域を
   除く領域に第１の選択酸化膜を形成する第２の工
   程と、 上記コンタクト部分の領域に、部分的に第２の
   窒化シリコン膜を形成する第３の工程と、 上記第２の窒化シリコン膜をマスクとして選択
   酸化を行い、上記コンタクト部分の領域の、上記
   第２の窒化シリコン膜の外周部を含むその周囲の
   領域に、上記第１の選択酸化膜よりもその膜厚が
   薄い第２の選択酸化膜を形成する第４の工程と、 上記第１および第２の選択酸化膜領域を含む上
   記半導体基板上に、リンガラスを主成分とする層
   間絶縁体膜を形成する第５の工程と、 この工程で形成された層間絶縁膜に、上記コン
   タクト領域に対応して上記第２の選択酸化膜に至
   る第１のコンタクトホールを開口形成する第６の
   工程と、 上記第１のコンタクトホール部を含む上記層間
   絶縁体膜を熱処理してリフローすると共に、この
   層間絶縁体膜上にさらに絶縁膜を形成する第７の
   工程と、 この工程で形成された上記絶縁膜に、上記第１
   のコンタクトホール内部で上記第２の選択酸化膜
   に至る第２のコンタクトホールを開口形成すると
   共に、上記第２の窒化シリコン膜を除去する第８
   の工程と、 上記第１および第２のコンタクトホール部分に
   金属配線層を形成する第９の工程とを具備し、 上記層間絶縁体膜に形成される第１のコンタク
   トホールの内周部は、上記第２の選択酸化膜およ
   び絶縁膜により包囲されるようにしたことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。