JPS5923468B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、高密度な半導体
装置の製造において、信頼性、歩留が高い有効な方法を
提供するものである。

一般に、半導体装置の製造において、写真蝕刻を用いる
と、基板上に幾層もの断差が生じる。

特に、コンタクト窓開口部では、開口後伺の処理も施こ
さなければ、非常に急峻な段差が残る。従つて、このよ
うな急峻な段差が残されたま＼で、金属配線を形成する
と段差部での金属蒸着膜のカバレツジが悪かつたり応力
集中等により断線が生じやすい。また、断線とはならな
いまでも局所的に配線が薄くなるため、使用時に溶断す
る等信頼性が非常に悪くなる欠点があつた。以上のよう
な欠点を無くするために、従来、選択酸化法を里いて半
導体装置そのものの凹凸を少くする方法や、エツチング
時エツチングする部分のテーパーをゆるやかにするエツ
チング液を用いたり、低融点ガラスを表面に堆積し、熱
処理により流動させて段差部を傾斜面でならす方法（以
下メルトフロー法という）がある。

しかしながら、選択酸化法では、それ以後の工程すなわ
ちコンタクト窓開け工程等で生じる急峻な段差が解消さ
れず、テーパーエツチング法でもコンタクト窓の広がり
等のため、高密度半導体装置では大きな効果は得られな
い。

一方、メルトフロー法に於ては第１図に示すように、低
融点ガラス層６を堆積し、コンタクト窓７を写真蝕刻法
を用いて開口した後、メルトフローを行えば、基板１へ
の拡散層２の形成時にマスク材として用いられた酸化膜
３，４や、ポリシリコン配線５による急峻な段差、およ
びコンタクト窓の開口による急峻な段差も表面で解消さ
れる。

第１図はＭＯＳトランジスタ部分を示し、２，２′はド
レイン、ソースコンタクト領域、８，８′はドレイン、
ソース領域で、ゲート電極となる配線５の両側にセルフ
アライン的に形成されている。ところで、従来のメルト
フロー法では、コンタクト窓７の開口後にメルトフロー
を行う場合、チツ素雰囲気で熱処理を行うと、コンタク
ト窓開口部で露出されている基板１の表面が荒れたり、
塑性流動があまり生じないので、より流動効果の大きな
しかも表面が荒れない酸素あるいはウエツト酸素中でメ
ルトフローを行つていた。しかるにこのような方法では
、コンタクト窓７において基板の一部が酸化され、酸化
膜９が形成される。

第２図に第１図の破線部を拡大して示したもので、低融
点ガラス層６を流動させたのち開口部７に酸化膜９が形
成される。したがつて、次の工程で拡散層２，２′との
コンタクト用の金属配線を形成する前に、この酸化膜９
を除去する必要があつた。そこで、この酸化膜９をエツ
チングするには表面全体をエツチングする方法や再度写
真蝕刻法を用いて拡散層２のコンタクト開口部のみをエ
ツチング除去する方法が用いられる。しかしながら、全
体をエツチングする方法では、開口部に形成された酸化
膜８のエツチング速度が低融点ガラス層６のエツチング
速度に比べて非常に遅く、コンタクト開口部７のシリコ
ン基板１が露出するまでエツチングを行うと、第３図の
ごとく低融点ガラス層７の下の酸化膜３，４の一部３′
，４′が露出しこの部分に急峻な段部が表われ、メルト
フローの効果が減少されてしまう。また、コンタクト窓
開口部の酸化膜９のみを再度写真蝕刻法によりエツチン
グすると、第４図に示すごとく急峻な段差１０が生じる
欠点がある。上述のようにメルトフロー後にエツチング
する方法でもある程度の急峻な段差は緩和され、０．５
μｍ〜１．５μｍの金属配線等の形成では開口部での断
線は問題とならない。

しかし、本発明者らの検討によればたとえば０．１μｍ
程度の厚さの金属配線の形成を行うと、蒸着時のカバレ
ツジが悪くなり、段部９等で断線が生じ信頼性で問題と
なることが明らかとなつた。さらに、半導体基板を用い
た高密度な固体撮像素子において、感度、解像度の向上
等を目的として、撮像用の素子が作り込まれた半導体基
板上に光導電膜を形成することが提案されている。

第５図において、１１はＰ形シリコン基板、１２はドレ
イン１２５のコンタクト拡散層、１３は表面酸化膜でポ
リＳｌ配線１５、ゲート酸化膜１４、とともに撮像用の
ＢＢＤ素子が形成されている。このＢＢＤ素子上で前述
の低融点ガラス層１６をメルトフローして平坦化をはか
つたのち、金属配線１７を選択的に設置し、さらに光導
電膜１８、透明電極１９の三層構造を形成したものであ
る。この第５図の動作を簡単に説明すると、矢印で示す
光を、基板１１と領域１２とで形成されるダイオードの
電圧変化ならびに光導電体膜１８の両端の電極１７，１
９間の電圧変化として検出し、こののち、検出信号を基
板１１に多数形成された１２５，１２″，１４，１５で
構成されるＭＯＳトランジスタにて転送して出力する。
なお、１ＶはＰ＋形のチヤンネルストツプ領域である。
この構造の製造において、特に前述のごとく段部９が存
在するとここに内部応力が集中し、光導電膜１２にひび
割れが生じ、透明電極１３と金属配線１１とが電気的に
シヨートし、暗電流が多くなつたり、感度の低下や欠陥
の発生等の不都合が生じることを確かめた。

本発明者らの検討によれば、とくに上述の段差が０．３
μｍ以上となると、光導電膜を用いた固体撮像素子を製
造するに際し不都合であることが判明した。本発明はこ
のような問題に鑑みてなされたもので、半導体基板上に
一導電形形成用不純物を含んだ低融点ガラス絶縁膜を少
なくとも２層形成した後、コンタクト窓を開口し、前記
と同じ一導電形形成用不純物を含んだ酸化性雰囲気中で
熱処理を行つてメルトフローした後、コンタクト窓開口
部に生じた絶縁膜を全面薄くエツチング除去することに
より、前記コンタクト窓開口部での急峻な段差をなくす
ことを可能とするものである。

以下、本発明の詳細を第６図に示す一実施例を用いて説
明する。

第６図は光導電膜をＢＢＤ素子の形成された半導体基板
上に形成する方法を示したものである。まず、所定の段
差部（たとえばポリシリコン電極２１、ゲート酸化膜２
２、フイールド酸化膜２３、第１の不純物拡散層２４）
の形成された１〜２Ω・？のＰ形シリコン基板２５上に
、第２の拡散層形成用窓２６開口後、気相蒸着法を用い
て第１の不純物拡散層と同電導形の不純物を含み、拡散
深さを制御するための低濃度の層と、流動の生じよい高
濃度の層を含む多層の低融点ガラス層２７を所定の厚み
で基板表面に全面堆積し、写真蝕刻法を用いてコンタク
ト窓を開口する（第６図ａ）。

ここで、Ｐ形基板２５にｎ形の第１拡散領域２４が形成
されている場合には、ｎ形不純物を含む低融点ガラス層
２７としては例えば、二酸化シリコンに五酸化リンを５
〜２０％含むリンガラス等を用い、また、ｎ形基板でＰ
形の第１拡散層２４が形成されている場合は、２７とし
てはＰ形不純物を含む低融点ガラス（例えば、ボロンガ
ラス等）を用いる。次に、前記低融点ガラス層２７中の
不純物と同じ不純物を含むガス雰囲気（例えば不純物が
リンの場合、Ｎ２ガス、０２ガス、ＰＯｃｔ３ガスの混
合雰囲気中）で熱処理（１０００′Ｃ〜１１０『Ｃ）し
、低融点ガラス層２７を流動させるとともに、低融点ガ
ラス層２７よりシリコン基板２５へ不純物拡散を行い、
ドレインとなる第２の不純物拡散層２０を形成する（第
６図ｂ）。

ここで、低濃度層の厚みを、０．１〜０．２ミクロン、
五酸化リン濃度を５〜１０％とし、高濃度層のそれを０
，８〜１．５ミクロン、１０〜２０％とすると、Ｎ２（
２１／分）、０２（１００ＣＣ／分）、ＰＯＣｔ３（Ｎ
２ガスによるバブリングで２５℃２０ＣＣ／分）の混合
雰囲気中、１１０『Ｃｌ５分間の熱処理で、拡散深さ１
．２〜１．８ミクロン程度、シート抵抗１０〜５０Ω礪
に制御できる。その後、流動した基板表面のガラス層２
７の一部を全面薄くエツチングすれば、低融点ガラス層
２７表面、およびコンタクト窓表面のガラス層２９が除
去され、コンタクト部でも急峻な段差を残さず窓開けを
行うことができる（第６図ｃ）。

ここで、熱処理の雰囲気に、低融点ガラス中の不純物と
同じ不純物を含む酸化性雰囲気を用いると、低融点ガラ
ス２７の流動が生じやすく、しかも、コンタクト開口部
のシリコン基板面２８は、低融点ガラス層２７と同種類
のガラス層２９が形成されるので、荒れることが無い。
また、低融点ガラス表面とコンタタト窓部のガラス層は
、ほぼ同じ組成を持ちエツチング速度に差がないので、
より滑かなコンタクト窓の開口が可能である。したがつ
て、このように低融点ガラス中の不純物と同じ不純物を
含む雰囲気中での熱処理は、メルトフローの後のコンタ
クトの形成に極めて有効であり、従来のように急峻な段
差を生じることなくコンタクトの開口が可能となつた。
さらにまた、本発明によると、半導体基板への拡散濃度
を効率的に制御することができる。従つて、シヨートチ
ヤンネルの素子に非常に有効である。しかも、この場合
上の高濃度層は、不純物濃度が高いので十分流動するた
め好都合である。なお、層２７は二層に限らず必要に応
じてさらに多層膜構造としても良い。次に、金属膜（た
とえばＭＯ）を蒸着し、配線パターン３１を形成すれば
、金属膜厚が０．１ミクロン程度の厚みであつても、段
差部が非常になめらかになつているので断線を生じず、
信頼性の良い金属配線を形成できる（第６図ｄ）。

なお、従来法では多少とも段差が残つていたので、最低
でも金属配線は０．８ミクロン程度の厚みが必要であつ
た。

以上のような工程で形成されたＢＢＤ素子上の金属配線
パターン３１に接するごとく光導電膜３２（例えばニユ
ービコン膜：ＺｎＳｅ−Ｚｎｌ−ＸＣｄｘＴｅ膜等）を
堆積し、さらに透明電極３３を堆積すれば、コンタクト
窓開口部での急峻な段差も、金属配線３１の厚みによる
段差も０．１ミクロン程度におさえられているので、光
導電膜３２もコンタクト開口部や金属配線の端部ｔでの
ひび割れが生じず、従つて、透明電極３３と金属配線３
１間での電気的シヨートやリークの無い高感度固体撮像
素子を製造できる。

なお、下地低融点ガラス２７としてリンガラス、金属配
線３１としてＭＯｌ光導電膜３２としてＺｎＳｅ−Ｚｎ
，？ＸＣｄｘＴｅを用いた組合せでは、それぞれの膨張
係数を同程度に作ることができるので、ＺｎＳｅ−Ｚｎ
ｌ−０ＣｄｘＴｅのヒビ割れやハガレも生じない。

また、光導電膜３２は多層構造であつてもよいし、金属
ＭＯは、５００〜６００℃の熱処理でも表面が凹凸にな
らず光導電膜の暗電流も増加しないので好都合である。
なお、本発明は、撮像素子としてＢＢＤに限らずＣＣＤ
の場合にも適用できるとともに、他の半導体装置にも適
用できることは当然である。

また、前記熱処理工程前で、コンタクト窓開口後、さら
に第７図のごとく同一導電形の不純物を高濃度に含む低
融点ガラスをもう一層２７ｃ（例えば、１０００人程度
）堆積しておけば、シリコン基板表面２８の酸化される
のを防ぎ、且つシリコン基板表面が同一組成ガラスに被
れているため流動が生じやすい（第７図ｂ）。また、こ
の場合シリコン基板表面２８は全く束れることがなく平
坦であるので、第一の拡散層２４が非常に浅い場合にも
、第一の拡散層２４が破壊されることがない〜 さらに、もう一層２７ｃを形成しておくと、低融点ガラ
スと開口部のぬれ性を良くし、メルトフローをなめらか
に生じさせる効果もある。

以上述べたように、本発明は不純物雰囲気中でメルトフ
ローを行い、その後、少くとも開口部及びその周縁部を
全面的にエツチングするので、開口部段差をほとんど解
消できる。

また、従来法ではメルトフロー工程前に拡散を行つてい
たため、メルトフローを十分行うと、メルトフローの熱
処理で拡散深さが深くなつたり、反対に、浅い拡散を制
御よく行なおうとすると、メルトフローの熱処理時間を
短くしたり、温度を低くしなければならず十分な流動を
行えなかつたが、本発明の実施例のように、メルトフロ
ーと同時に拡散を行なえば、十分流動させながらしかも
浅い拡散を制御よく行なえるので、高密度（例えば、５
ミクロン以下のゲート長）素子の製造に非常に有効であ
る。以上のように本発明は高密度で比較的複雑な表面構
造の半導体装置の製造に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のメルトフロー法によるＭＯＳトランジス
タ部分の断面図、第２，３，４図は従来のメルトフロー
法における半導体装置の部分断面図、第５図はメルトフ
ロー法を用いた固体撮像素子の要部断面図、第６図ａ−
ｅは本発明の一実施例にかかる半導体装置の要部製造工
程断面図、第７図ａ−ｂは本発明の他の実施例の要部工
程断面図である。 ２１・・・・・・ポリシリコン電極、２２・・・・・・
ゲート酸化膜、２３・・・・・・フイールド酸化膜、２
４・・・・・・第１の不純物拡散層、２５・・・・・・
Ｐ形シリコン基板、２７，２９・・・・・・低融点ガラ
ス層、３０・・・・・・第２の不純物拡散層、３１・・
・・・・配線パターン、３２・・・・・・光導電膜、３
３・・・・・・透明電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に、一導電形形成用不純物を含み、不
   純物拡散を制御する低濃度の層と、流動の生じよい高濃
   度の層を含む多層の低融点ガラス膜を形成し、前記半導
   体基板に達するごとく前記低融点ガラス膜に開口部を形
   成する工程と、前記一導電形形成用不純物を含む雰囲気
   中で熱処理し、前記低融点ガラスを流動させるとともに
   前記開口部の前記基板露出面に形成される酸化膜に不純
   物を添加し後工程でのエッチング速度を大きくする工程
   と、少くとも前記開口部およびその周縁を含めて前記低
   融点ガラスの一部を全面的にエッチングする工程とを有
   し、前記基板上の前記低融点ガラス層全面をエッチング
   して前記基板に開口を形成する際の前記開口部以外の前
   記低融点ガラス層の過剰なエッチングを防止することを
   特徴とした半導体装置の製造方法。 ２ 半導体基板上に、一導電形形成用不純物を含む第１
   の低融点ガラス膜を形成し、前記半導体基板に達するご
   とく前記第１の低融点ガラス膜に開口部を形成する工程
   と、前記開口部を含む部分に前記一導電形形成用不純物
   を含む第２の低融点ガラス膜を形成する工程と、前記一
   導電形形成用不純物を含む雰囲気中で熱処理し、前記第
   １、第２の低融点ガラスを流動させるとともに前記開口
   部の前記基板露出面に形成される酸化膜に不純物を添加
   し後工程でのエッチング速度を大きくする工程と、少く
   とも前記開口部およびその周縁を含めて前記第１、第２
   の低融点ガラスの一部を全面的にエッチングする工程と
   を有し、前記基板上の前記第１、第２の低融点ガラス層
   全面をエッチングして前記基板に開口を形成する際の前
   記開口部以外の前記第１、第２の低融点ガラス層の過剰
   なエッチングを防止することを特徴とした半導体装置の
   製造方法。 ３ 第１の低融点ガラス膜が半導体基板への不純物拡散
   を制御するための第一層と、流動の生じやすい第二層よ
   りなることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   半導体装置の製造方法。