JPS63107119A - ステップ絶縁層を有する集積回路の製造方法 - Google Patents

ステップ絶縁層を有する集積回路の製造方法

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JPS63107119A
JPS63107119A JP62220579A JP22057987A JPS63107119A JP S63107119 A JPS63107119 A JP S63107119A JP 62220579 A JP62220579 A JP 62220579A JP 22057987 A JP22057987 A JP 22057987A JP S63107119 A JPS63107119 A JP S63107119A
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JP
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insulating layer
integrated circuit
manufacturing
layer
silicon dioxide
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JP62220579A
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クー フア リー
サミュエル エフレイン ポランコ
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Element Separation (AREA)

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】 (発明の背景) [発明の属する技術分野]゛ 本発明は次工程の蒸着層に良好なステップカバーレージ
を提供するパターン化絶縁層を有する集積回路の製造方
法に関する。
[従来技術の説明] 集積回路の設計では“フィールド酸化膜°の使用は標準
的な技術である。フィールド酸化膜はパターン化された
二酸化シリコン層で集積回路の各層を分離し、それらの
間の相互作用を防ぐ働きをする。フィールド酸化膜を形
成する標準的な技術の一つは、まずシリコン半導体基板
上に窒化シリコン(silicon n1tride)
を蒸着し、この窒素化物上にフォトレジストのりソグラ
フィパターンを形成する。そしてフォトレジストに保護
されていない窒化物層をエツチングする。次に窒化物除
去によって露出されたシリコン層は高温でドライ酸素あ
るいはスチームによって酸化される。そしてこのような
成長酸化物層はフィールド酸化膜層として働く。しかし
、これは公知の“鳥のくちばし”(birds bea
k)効果をもたらす。つまり酸化膜が成長している時、
シリコン基板への酸素の横方向拡散によって、成長され
た酸化物は部分的には窒化物層の下まで達する。この鳥
のくちばし効果は絶縁層の占める領域を必要以上に増や
す。これはりソグラフィの寸法が減少し、くちばしの占
める領域が増大するとき、特に顕著である。
他の公知のフィールド酸化膜絶縁技術は半導体基板上に
二酸化シリコン(silicon dfoxide)を
成長させるのではなく、蒸着することである。そして蒸
着された酸化膜はフォトレジストによって直接パターン
が形成され、エツチングされ、所定の絶縁層を残す。し
かし、これは絶縁層の縁で急峻な側壁を作るという公知
の欠点がある。この急峻な側壁は次の蒸着層によって充
分に保護するのは困難である。これは側壁全体にわたっ
て連続なカバレージを提供する必要がある導電層では特
に困難で、この導電層は集積回路の各素子の間に電気的
接続を提供する必要があるからである。側壁をスムーズ
にする様々な技術が提案されている。それらには側壁の
縁にテーバをつける技術あるいは縁を丸くする技術など
が含まれる。これらの技術の詳細はエル、グー。ホワイ
ト(L、に、Wh 1te)のジャーナル、オン。エレ
クトロケミカル。
ササエテイ(Journal o(’  the el
ectrochemlcalsociety) 127
巻268頁(1980年)に掲載された論文「フィール
ド酸化膜の二層テーバエツチングとパッシベーション層
(passivation 1ayers) Jに載っ
ている。その論文で提案された技術はフッ化水素の緩衝
溶液(buff’ered HP 5olution)
で等方向にエツチングされた酸化膜層の上に“テーバコ
ントロール”層を使用するものである。しかし、これら
の技術は多くの場合再現性に問題がある。
さらに従来技術の多くはエツチング層の幅の過剰増加を
起し、応用できる分野における特徴をへらしてしまう。
テーバの付いた縁の使用はフィールド酸化膜絶縁層に限
られない。例えば、コンタクト窓のテーバ側壁は典型的
には高温でのドープガラスを流す技術によって作られる
(発明の概要) 我々の発明は半導体デバイス基板の表面上に比較的高密
度を有する第1の絶縁層を形成する。次に、比較的低密
度を有する第2の絶縁層は第1の絶縁層の上に形成され
る。レジスト層は蒸着され、リソグラフィでパターンが
形成される。異方性エツチングでレジストパターンを第
2の絶縁層を貫いて第1の絶縁層まで転写する。レジス
トが除去された後、等方性エツチングは第2の絶縁層を
第1の絶縁層より速い速度で横からエツチングし、ステ
ップ側壁を作る。必要があれば、追加ステップとして、
密度の違う追加層も利用できる。
(実施例の説明) 以下の実施例の説明は次工程の一層あるいは複数層の蒸
着層に対して良好なステップカバレージを提供する絶縁
層を形成する改良技術に関する。
第1図を参照すれば、基板10は次に形成される層をさ
さえる。基板10は典型的にはシリコンウェーハあるい
はエピタキシャル半導体層であるが、他のタイプのデバ
イス基板でもよい。基板10の上には一定密度を有する
第1の層即ち第1の絶縁層11、典型的には二酸化シリ
コン(silicon dioxide)が形成される
。この層は“底の′層とも言われる。
例えば、第1の絶縁層11は成長される二酸化シリコン
層であるか、もしくは、熱処理で高密度化された蒸着二
酸化シリコン層である。蒸舌によって形成される場合、
第1の絶縁層11は半導体基板上に直接蒸着されるか、
もしくは基板上に成長した層(例えば、熱成長S iO
2)の上に蒸着される。
本明細書では、成長層の上の高密度化された蒸着層を第
1の層と考える。第2の層即ち第2の絶縁層12は比較
的低い密度を有するように形成される。
第2の絶縁層12は典型的には蒸着の後に高密度化処理
されない二酸化シリコン層である。あるいは第2の絶縁
層12は第1の絶縁層11を高密度化するときより低い
温度で高密度化される。
レジスト層13は必要なリソグラフィツクパターンを形
成するのに用いられる。ここでは一つのレジスト層しか
図示されていないが、公知技術によれば、二層あるいは
三層レジストも使用できる。
パターンはレジスト層にリソグラフィク放射露光によっ
て形成される。そしてレジストが現像される。次に、第
2図を参照すれば、レジスト層13で現像されたパター
ンは異方性エツチングプロセスによって第2の絶縁層1
2と第1の絶縁層11に転写され、図示のようなほぼ垂
直な側壁を作る。これは典型的には公知の技術によって
反応性イオンエツチング(Reactive Ion 
Etching)のようなドライプロセスで行なわれる
。反応性イオンエツチングが基板10まで達するのを防
ぐため、第1絶縁層11の薄い層(lid 、 lie
 )をそれぞれのエツチングされた層の底に残す。そし
て残ったパターンレジスト層13をはがす。
次にこれらの絶縁層が等方性エツチングプロセスで処理
される。このプロセスは第2(上部)の絶縁層12の横
(図示されている水平)方向および垂直(図示される)
方向エツチングを起し、それによって絶縁層12の厚さ
を薄くし、第1の絶縁層11のトップ部分の一部を取り
除く。第1の絶縁層11は第2の絶縁層12より高密度
を有するため、等方性エツチングは第1の絶縁層11の
水平方向には比較的小さい。しかし、第2の絶縁層12
の除去によって覆われていない第1の絶縁層11のトッ
プ表面は等方性エツチング液によってエツチングされ、
斜面14〜17を形成する。第3図を参照されたい。
第1の絶縁層11の中心部分(lla−1llb−11
1cm)は典型的には第2の絶縁層12の残り部分(1
2a−112b−112cm)によって覆われて残る。
等方性エツチングはエツチングされる層の底に残った第
1の絶縁層11の部分(すなわち11dと11eの部分
)をも除去する。このようにして出来た形状は次工程で
絶縁層上に蒸着される材料の良好なステップカバレージ
を提供する。次工程で蒸着される材料は典型的には導電
体もしくはドープされたポリシリコンであるが、あるい
はシリコン化合物、金属、またはそれらの組み合ねでも
よい。
本技術は以下の具体例によってより完全に説明される。
(具体的な実施例) シリコン基板を酸素(02)中で1000℃120分間
熱処理することによって厚さ100ナノメータ(100
0オンゲストロム)の二酸化シリコン層(薄膜)が成長
される。二酸化シリコン層は公知の技術で窒素ガス(n
itrogen carriergas)中でテトラエ
チルオルトケイ酸塩(T E OS −tetraet
hylorthosilicate)から化学的気相成
長法(CVD)によって薄膜上に蒸着される。蒸着は約
715〜725℃の温度で40分間行なわれ、厚さ40
0ナノメータ(4000オンゲストロム)の二酸化シリ
コン層ができる。この蒸着二酸化シリコン層はドライ酸
素雰囲気中で30分間950℃の熱処理よって高密度化
され、その結果、厚さが2.5パーセント薄くなり、約
390ナノメータ(3900オンゲストロム)になる。
本具体例では成長した薄膜層とこの高密度化された蒸着
層との結合を第1の層とする。次に第2の絶縁層として
厚さ600ナノメータ(6000オンゲストロム)の第
2の二酸化シリコン層は同様の方法でTE01より第1
の絶縁層上に蒸着される。しかし、第2の絶縁層は蒸着
後高密度化はされない。
従来のフォトレジストが公知の方法によってこの第2の
絶縁層上に塗られ、光線でパターンが描かれ、現像され
る。この現像されたフォトレジストパターンは反応性イ
オンエツチング(RI E)によって第1と第2酸化膜
層に異方的に転写され、酸化膜層で最小線幅約1.5マ
イクロメータを有するパターンを作る。しかし、厚さ約
50ナノメータ(500オングストローム)の第1酸化
膜層の一部は、RIEプロセスが基板に達する前にスト
ップすることによって、シリコンウェーハ上に残される
。これはレーザ干渉計を使って残りの酸化膜の厚さをモ
ニタすることによって行なわれる。そして、第2の絶縁
層即ち、二酸化シリコン上のフォトレジストが取り除か
れる。
次にウェーハを15:1の割合の水、フッ化水素溶液に
浸す。これは二酸化シリコン等方性エツチング液として
公知である。これを3分間続け、これにより第2(上)
の酸化膜層の横と垂直の両方向から材料を約450ナノ
メータ(4500オンゲストロム)除去する。第1(下
)の酸化膜層は横方向に約100ナノメータ(1000
オンゲストロム)しか除去されない。これはその密度が
第2の絶縁層に比べて高いからである。第2の絶縁層が
横からエツチングされるとき、第1の絶縁層の表面が徐
々にエツチング液にさらされる。この横方向のエツチン
グは上の酸化膜層の縁を作り、これは下の酸化膜層の縁
より約300ナノメータ後退している。第1の酸化膜層
の残った50ナノメータ(500オンゲストロム)の部
分もこの等方性エツチングによって除去され、第3図に
示されるような構造を作る。
(第1の絶縁層の縁の底の部分はテーバ状になり、これ
は第1の絶縁層の薄膜部分は高密度化された蒸着部分よ
りわずかに密度が高いからである。)次に露出したシリ
コン層に保護酸化膜層を成長させるため、ウェーハを0
2雰囲気中で120分間950℃の熱処理する選択プロ
セスが用いられる。
これにより厚さ55ナノメータ(550オンゲストロム
)の二酸化シリコン層が、この処理の間、高温により上
の酸化膜層即ち第2の絶縁層12の高密度化をも引き起
こし、その厚さをほぼ145ナノメータ(1450オン
ゲストロム)まで減少させる。そしてゲート酸化膜を成
長させる準備として、保護酸化膜は15:IHF溶液で
3分間エツチングすることによってシリコン基板から除
去される。さらにこの等方性エツチングは第1および第
2の酸化膜層の角を丸くする。
(発明の効果) 本発明はエツチング層に第2(上)の酸化膜層をパター
ンするのに用いられるリソグラフィ線幅とほとんど同じ
線幅を有効に保持できる。
さらに、このエツチング線幅が精度よく決定される。こ
れは異方性エツチングが正確にパターンを第2(上)の
酸化膜層を貫いて第1(下)の酸化膜層まで転写できる
からである。これは従来技術と異なる。その従来技術で
は等方性エツチングはレジストのアンダカットを生じ、
そしてそれはレジストと酸化膜層の相互特性に依存する
。従って線幅制御はこれらの特性を制御できる精度と再
現性によって制限される。これに対して本発明は側壁を
作り、基本的には、下の層の縁(lla、 11b、L
ie)まで垂直である。さらに下の層では斜め面も形成
される。これは上と下の酸化膜層の密度差が容易の制御
できるからである。これまでに述べたものでは絶縁層と
して二酸化シリコンを用いたが他の絶縁材料も利用でき
る。必要があれば、追加層の使用によって追加ステップ
も形成できることが明らかである。しかし、典型的な二
層構造が次の蒸着ポリシリコンに良好なステップカバレ
ージを提供するのに適していることが判る。
本発明はいろいろな目的に対して良好なステップカバレ
ージを有する側壁を作る際にも利用できる。さらにフィ
ールド酸化膜絶縁層、コンタクト窓側壁も本発明によっ
て形成できる。さらには、上の導電層に良好なステップ
カバレージを提供するため、導電層の間(例えば二つの
金属層の間)の絶縁層も本発明によって有効に形成でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の工程を示す図である。 10・・・基板 11・・・第1の絶縁層 lid、lie・・・エツチング層の底11a −11
b −ILc −−−一層11の中心部分12・・・第
2の絶縁層 12a −12b −12c −−・・層12の残り部
分13・・・レジスト層 14〜17・・・斜面 出 願 人:アメリカン テレフォン アンドnc、t FIG、2 FIG、3

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体デバイス基板の表面に直接あるいは間接に
    、ある密度を有する第1の絶縁層を形成する工程; 前記第1の絶縁層の上に、それより低い密度を有する第
    2の絶縁層を形成する工程; レジスト層を蒸着し、このレジスト層の上にリソグラフ
    ィで、パターンを決める工程; 前記パターンを前記第2の絶縁層を貫いて前記第1の絶
    縁層に異方性エッチングをする工程; 前記レジスト層を除去する工程; 第1と第2の絶縁層を等方性エッチング液によって、前
    記第2の絶縁層を前記第1の絶縁層より速い速度で等方
    性エッチングをする工程; からなり、前記第1の絶縁層上にそれよりも後退した前
    記第2の絶縁層を得ることを特徴とするステップ絶縁層
    を有する集積回路の製造方法。
  2. (2)異方性エッチングをする工程は第1の絶縁層を完
    全にエッチングする前に終わり、エッチングされる層の
    底に第1の絶縁層の一部を残し、次に等方性エッチング
    をする工程で残った第1の絶縁層の一部を除去すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のステップ絶縁
    層を有する集積回路の製造方法。
  3. (3)第2の絶縁層を形成する際、第2の絶縁層を第1
    の絶縁層より厚く形成することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のステップ絶縁層を有する集積回路の製
    造方法。
  4. (4)第1、第2の絶縁層を等方性エッチング液にさら
    す工程により、前記第2の絶縁層を前記第1の絶縁層よ
    り薄くすることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
    のステップ絶縁層を有する集積回路の製造方法。
  5. (5)第1の絶縁層と第2の絶縁層が二酸化シリコン(
    silicondioxide)であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のステップ絶縁層を有する
    集積回路の製造方法。
  6. (6)半導体ディバイス基板の表面上に二酸化シリコン
    を蒸着することによって前記第1の絶縁層を形成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載のステップ絶
    縁層を有する集積回路の製造方法。
  7. (7)第1の絶縁層は高温熱処理によって高密度化され
    、その際、その厚さは第2の絶縁層を形成する前に少な
    くとも1パーセント薄くなることを特徴とする特許請求
    の範囲第6項記載のステップ絶縁層を有する集積回路の
    製造方法。
  8. (8)半導体ディバイス基板の表面はシリコン、そして
    第1の絶縁層は前記表面上に成長する二酸化シリコンか
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のス
    テップ絶縁層を有する集積回路の製造方法。
  9. (9)異方性エッチングは反応性イオンエッチングによ
    って行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のステップ絶縁層を有する集積回路の製造方法。
  10. (10)少なくとも第2の絶縁層は二酸化シリコンで、
    かつ等方性エッチング液は実質的にフッ化水素(hyd
    rogen fluoride)からなることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のステップ絶縁層を有す
    る集積回路の製造方法。
  11. (11)絶縁層は集積回路のフィールド酸化膜絶縁層か
    らなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のス
    テップ絶縁層を有する集積回路の製造方法。
  12. (12)第1の絶縁層は成長した二酸化シリコン層と高
    密度化された蒸着二酸化シリコン層とからなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のステップ絶縁層を
    有する集積回路の製造方法。
  13. (13)少なくとも第2の絶縁層上に導電性材料層を蒸
    着する工程を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のステップ絶縁層を有する集積回路の製造方
    法。
  14. (14)導電性材料がドープポリシリコンであることを
    特徴とする特許請求の範囲第13項記載のステップ絶縁
    層を有する集積回路の製造方法。
  15. (15)導電性材料が金属であることを特徴とする特許
    請求の範囲第13項記載のステップ絶縁層を有する集積
    回路の製造方法。
JP62220579A 1986-09-04 1987-09-04 ステップ絶縁層を有する集積回路の製造方法 Pending JPS63107119A (ja)

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