JPS6029224B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに絶縁された多層の多結晶シリコン層を、
その構造中に有する半導体装置に関する。

最近、半導体集積回路装置は半導体製造技術の向上と共
に、次第に大容量、大規模化してきた。

それにともないパターンの微細化、及び多層化が行なわ
れてきた。そのうちでも、互に隣接する多結晶シリコン
層間の短絡の問題は、回避されねばならない重要な技術
的課題である。該上記短絡現象は二層の重なりあった部
分の上面で、上層の多結晶シリコン層を、外部配線用金
属へ接続するためのいわゆるコンタクト孔の開孔に際し
て、腐節液が該隣接する二層間の絶縁膜を腐節すること
に起因する。このため該コンタクト孔を該二層の重なり
あった部分の上面で関孔することができず、これが集積
度の上昇をさまたげる一因をなしている。本発明は、互
いに絶縁された多層の多結晶シリコン層をその構造中に
有する半導体集積回路装置において、より一層集積度を
上げることのできる構造を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、半導体基波の一主面に設けられた厚い
フィールド酸化膜に隣接せる該半導体基板の素子領域上
に、間に層間絶縁層をはこんで第１および第２の多結晶
シリコン層が積層され、上層にあたる第２の多結晶シリ
コン層上のシリコン酸化膜、リンガラス膜もしくはホウ
ケィ酸ガラス膜には該第２の多結晶シＩＪコンの周辺部
を除く部分に達しかつ該素子領域上に位置するコンタク
ト孔が設けられ、該コンタクト孔を通して配線層が該素
子領域上において該第２の多結晶シリコン層に接続され
、前記層間絶縁層の少くとも該コンタクト孔下の部分に
はシリコン窒化膜もしくはアルミナ膜が設けられている
半導体集積回路装置にある。

これにより高集積層、高信換‘性の半導体集積回路装置
が実現できる。

ここで互いに重なり合う二層の多結晶シリコン層間の短
絡の原因について、さらに詳しく説明しよう。

該二層間の絶縁は、通常二酸化シリコン膜あるいはリン
ガラス膜、もしくはその両者等により行なわれている。
両者とも、フツ化水素酸系の腐蝕液による腐蝕速度が大
きい。また多結晶シリコン層は、拡散、酸化等の高温熱
処理を受けると、容易にフッ化水素系の腐蝕液が該層中
を通過するようになり、フッ化水素酸系の腐蝕液を使用
する腐蝕除去工程では、完全なマスクの役目を果さない
。従って、隣接する多結晶シリコン層間が二酸化シリコ
ン膜あるいは、リンガラス膜、あるいは、その両者等に
より絶縁されていて、且つ、該上層多結晶シリコン層の
表面が二酸化シリコン膜でおおわれている構造において
、該二層の多結晶シリコン層が重なりあっている部分で
、上層の多結晶シリコン層表面に、フッ化水素酸系の腐
蝕液を用いてコンタクト孔を開けると、該腐蝕液は上層
の多結晶シリコン層上表面に到達した後、該多結晶シリ
コン層を瞬時に貫通し、該二層の多結晶シリコン層間の
絶縁膜をも腐蝕除去する。この過程で生じた該二層の多
結晶シリコン層間の絶縁膜中の微小孔はコンタクト孔開
孔後、外部配線用金属及び多結晶シリコンが、被着され
さらに熱処理を受けると、アルミニウム等導体の侵入を
受け上下二層の多結晶シリコン層間に短絡路が形成され
るために、こ層間の絶縁が破られることになる。従来技
術では、該上層の多結晶シリコン層と、外部配線用金属
を接続するときには、該上層の多結晶シリコン層と下層
の多結晶シリコン層が重なっていない部分の該上層の多
結晶シリコン層上表面で、コンタクト孔を開孔していた
。

従って従来技術では、集積度を上げることが困難であっ
た。本発明は、互いに隣薮する二層の多結晶シリコン層
間に、フッ化水素酸系等の上層の多結晶シリコン層を覆
う絶縁膜の腐蝕液に対して腐蝕速度の極めて小さい絶縁
膜を設けることにより、該二層の多結晶シリコン層の重
なっている部分で、上層の多結晶シリコン層上表面に、
コンタクト孔を開孔しても、該二層の多結晶シリコン層
間の短絡が発生しない構造を実現するものである。本発
明によれば、二層の多結晶シリコン層が重なっている部
分で、該上層の多結晶シリコン層上表面に、コンタクト
孔を関孔するための面積的余裕が存在すれば、該多結晶
シリコン層上表面にコンタクト孔を開けることができ、
そのために集積度を上げうる構造となる。次にこの発明
による半導体装置の実施例を−トランジスタ型メモリー
セルの製造を例にとり、その製法と共に図面を参照して
説明しよう。

第１図は従来技術により、二層の多結晶シリコン層４及
び６を、それぞれコンタクト孔を介して外部配線用金属
８，９と接続した状態を示す。

すなわち該２層の多結晶シリコン層４及び６の重なりあ
った部分に、上層の多結晶シリコン層６と外部配線用金
属９とを接続するためのコンタクト孔をフィールド酸化
膜３上で関孔している。第２図は本発明の多層電極配線
を有する半導体集積回路装置の１実施例の断面図である
。Ｐ型シリコン基板１１にＮ＋層１２を設け、基板１１
の表面にゲート酸化膜１３とフィールド酸化膜１４を設
ける。

ゲート酸化膜１３の一部とフィールド酸化膜１４の一部
の表面に多結晶シリコンの下部電極配線１５を選択的に
設け、外部配線との接続以外を第１の絶縁物膜で覆う。
第１の絶縁物膜はシリコン酸化膜１６とシリコン窒化膜
１７とから構成される。第１の絶縁膜とゲート酸化物の
上に多結晶シリコンの上部電極配線１９を設け、外部配
線との蚤属部以外を第２の絶縁物膜で覆う。第２の絶縁
膜はシリコン酸化膜２０とりンガラス１８とから構成さ
れる。下部電極配線１５、上部電極配線１９、Ｎ十層１
２の開口部に外部配線２１，２２，２３がそれぞれ設け
られる。上記構造の多層配線において、外部配線２２が
上部電極配線１９と接続する部分のすぐ下にはシリコン
窒化膜１７が設けられている。シリコン窒化膜はシリコ
ン酸化膜２０とりンガラス１８とからなる第２絶縁物膜
を関口する腐蝕液、例えは弗化水素系の腐蝕液に侵され
ないから、下部電極配線と上部電極配線との間の絶縁を
保持する。従って、二つの電極配線が重なり合った所の
上部電極配線から外部配線を引出すことができ集積度を
向上させることができる。次に、本発明の半導体集積回
路装置を実現するための製造方法について説明する。

第３図乃至第６図は、本発明の半導体集積回路装置の主
な製造工程における断面図である。

Ｐ型シリコン基板１１に熱酸化法によりゲート酸化膜１
３フィールド酸化膜１４とを設けた後、気相成長法ある
いはスパッタ法等を用いて全面に多結晶シリコン層１５
を設け、その上に熱酸化によりシリコン酸化膜１６を設
け、更にその上に気相成長法によりシリコン窒化膜１７
を設ける。プラズマ・エッチ法によりシリコン窒化膜１
７を選択除去し、残ったシリコン窒化膜をマスクにして
シリコン酸化膜１６を選択除去し、更に上記二つの膜を
マスクにして多結晶シリコンの下部電極配線１５を選択
除去する。引続き露出しているゲート酸化膜を除去する
（第３図）。次に、熱酸化して除去されたゲート酸化膜
１３を再び形成するとともに多結晶シリコンの下部電極
配線１５の露出した側面をシリコン酸化膜で覆う（第４
図）。

再び多結晶シリコン層を設け、選択除去して上部電極配
線１９を設ける。

前と同様に熱酸化して除去されたゲート酸化膜を再び形
成するとともに多結晶シリコンの上部電極配線１９の表
面にシリコン酸化膜２０を設ける（第５図）。次に、全
表面からリンを熱拡散するとゲート酸化膜１３は厚さが
薄いのでこの部分を通ってシリコン基板１１にリンが拡
散してＮ＋層１２が形成されると同時にシリコン窒化膜
１７の露出した部分とシリコン酸化膜１３，１４，１６
，２０の露出した部分の表面層がリンガラス膜１８に変
換される（第６図）。

リンガラス膜１８、シリコン酸化膜１４，１６，２０を
弗化水素系の腐蝕液で選択関口した後、アルミニウムを
蒸着、選択除去して外部配線２１，２２，２３を形成す
ることにより第２図に示した半導体集積回路装置が形成
される。

上記実施例では、外部配線と接続するための関口部形成
に弗化水素系の腐蝕液を用いたので、これにより腐食さ
れない絶縁物としてシリコン窒化膜を用いたが、シリコ
ン窒化膜の代りに気相成長させたアルミナを用いること
もできる。

弗化水素系の腐食液に腐食され閉口部形成に有利な絶縁
物としてシリコン酸化膜、リンガラスを用いたがホウケ
ィ酸ガラスを用いることもできる。上記実施例はＰ型シ
リコン基板を使用した例について説明したが、伝導型を
逆にしても同様な効果をもつ半導体装置が得られること
は勿論である。

本発明によれば、多層配線を高密度に実施でき、集積度
の高い半導体集積回路装置が良好な歩留りで得られるの
で当該分野における効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多層電極配線を有する半導体集積回路装
置の１例の断面図、第２図は本発明の多層電極配線を有
する半導体集積回路装置の１実施例の断面図、第３図乃
至第６図は、第２図の半導体集積回路装置の主な製造工
程における断面図である。 １・・・・・・Ｐ型シリコン基板、２…・・・ゲート酸
化膜、３・・・・・・フィールド酸化膜、４・・・・・
・多結晶シリコンの第１電極配線、５…・・・シリコン
酸化膜、６・・・・・・多結晶シリコンの第２電極配線
、７・・・・・・シリコン酸化膜、８，９・・・・・・
外部配線、１１・・・・・・Ｐ型シリコン基板、１２…
・・・Ｎ＋層、１３・・・・・・ゲート酸化膜、１４…
…フィールド酸化膜、１５……多結晶シリコンの第１電
極配線、１６・・・・・・シリコン酸化膜、１７……シ
リコン窒化膜、１８……リンガラス膜、１９・・・・・
・多結晶シリコンの第２電極配線、２０……シリコン酸
化膜、２１，２２，２３・・・・・・外部配線。 猪′図 第３図 第２図 第４鼠 祭Ｊ図 紫６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板の一主面に設けられた厚いフイールド酸
   化膜に隣接せる該半導体基板の素子領域上に、層間絶縁
   層をはさんで第１および第２の多結晶シリコン層が積層
   され、上層にあたる第２の多結晶シリコン層上のシリコ
   ン酸化膜、リンガラス膜もしくはホウケイ酸ガラス膜に
   は該第２の多結晶シリコンの周辺部を除く部分に達しか
   つ該素子領域上に位置するコンタクト孔が設けられ、該
   コンタクト孔を通して配線層が該素子領域上において該
   第２の多結晶シリコン層に接続され、前記層間絶縁層の
   少くとも該コンタクト孔下の部分にはシリコン窒化膜も
   しくはアルミナ膜が設けられていることを特徴とする半
   導体集積回路装置。