JPS63129651A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

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〕 この発明は半導体素子の製造方法に関するものであｐ、
特に多結晶シリコンま九はポリサイドあるいは高融点メ
タルで形成されＡＰ−）電極または配線と、上層に形成
されるＡｌま几はＡ／−８ｉなどの配線との間に形成さ
れ、熱処理による平担化が必要とされる層間絶縁膜の形
成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の従来技術としては、特開昭５８−１３７２３３
号公報および特開昭５８−６７０４６号公報などに開示
され友ものがあり、層間絶縁膜としてはリン酸化物を含
有したシリケートガラス（ＰＳＧ）が使用されてきｔ、
このＰＳＧは１０００℃程度の熱処理でガラスフローを
起仁し、素子表面を平滑化する九めに、上層メタル配線
の形成が容易になるという利点を持ってい７ｔｏ　Ｌか
し、最近では、素子の微細化に従ってガラスフローのた
めの熱処理温度を９００℃以下にする必要が発生してお
り、ＰＳＧの場合、９００℃の熱処理によるガラスフロ
ーで十分な平滑化を得ようとすると、リン濃度を１０〜
１２ｍａｔ％（Ｐｒｏｓ）以上に上げる必要がある。と
ころが、ＰＳＧ−の場合、リン濃度が９　ｍｏ１％以上
になると極端に耐湿性が悪化し、膜からリンがリン酸と
して溶は出してしまい、ま之膜中に水分が急速に拡散し
てしまうなどの現象が生じる。第２図はＰＣＴ（耐湿性
試験）後のＰＳＧ中のリン濃度の減少割合を示し、リン
濃度が９　ｍａｔ％以上になるとリン濃度は急激に減少
する。上記のように湿気により溶は出し友リン酸は配線
材であるＭまたはＡＩ　−Ｓ　ｉを腐食してしまい、素
子の不良を引き起こす。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記し友ように、従来の半導体素子においては、層間絶
縁膜ｔ−ＰＳＧにより形成している几め、９００℃以下
でのガラスフローにより素子表面を平滑化することと、
耐湿性を高めることが両立し難いという問題点があつｔ
。

この発明は、以上述べ九問題点を除去し、９００℃以下
の熱処理で十分な素子表面平滑度を得ることができ、か
つ耐湿性も良好な半導体素子の製造方法を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するｔめの手段〕

この発明は半導体素子の製造方法において、層間絶縁膜
をヒ素酸化物とリン酸化物を含むシリコン酸化膜により
形成し友ものである。

〔作用〕

この発明においては、半導体素子の層間絶縁膜がヒ素酸
化物とリン酸化物を含むシリコン酸化膜により形成され
ておシ、ヒ素酸化物を含むことによ＃）９００℃以下で
の熱処理により十分な表面平滑度が得られ、同時にリン
酸化物を含むことにより十分な耐湿性が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図はこの実施例による半導体素子の製造方法を示し、ま
ず第１図（＆）に示すように、シリコン基板（Ｐ型、４
〜６Ωｅ　ｃｌＲ）　Ｌ　−１上に厚さ４０００〜６０
００＾の熱酸化膜１−２ｔ−選択的に形成し、素子の能
動領域１−３と分離領域１−４を決定する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、能動領域Ｌ−３上に
熱酸化により厚さ２００〜４００＾程度のゲート絶縁膜
−１−５Ｍ−形成する。次に、配線まｔはｒ　−ト′成
極となる多結晶シリコンあるいはＷま九はＴｉシリサイ
ドあるいはメタル膜をス／４ツタ法あるいは気相成長法
により形成するが、ここではポリサイド構造での配線ま
たはＰ−）電極の形成について説明する。まず、熱酸化
膜１−２およびｒ−ト絶縁１１１Ｌ−５上にリンをドー
グされた多結晶シリコン膜１−６を気相成長法により厚
さ１５００λに形成し、その上にス／４ツタ法によりＷ
シリサイド膜１−７ｔ−厚さ２０００〜３０００λに形
成する。

次に、第１図（ｃ）に示すように、ｒ−ト絶縁膜１−５
、多結晶シリコンｇｔ−６およびＷシリサイド膜１−７
をホトリソおよびエツチング工程によ９部分的にエツチ
ング除去し、配線１−８、容量１−９および？’−ＩＴ
ｒｌ−ｔＯ等を形成する。又、部分的ＫＡｓ等の不純物
ｔ−ｔｘｔｏ”個ｃＨＩ−”程度イオン注入し、シリコ
ン基板１−１中にｎ型拡散層１−１１を形成する。

次に１第り図（ｄ）に示すように、全面にシリコン酸化
膜１−１２を厚さ１０００〜２０００大根度に形成する
。次に、全面に気相成長法によりヒ素酸化物とリン酸化
物を含んだシリコン酸化膜ｔ−ｔｓｔ−厚さ６０００〜
８０００大根度形成する。ヒ素酸化物の含有量は２〜１
５　ｍｏ／　Ｘであり、リン酸化物の含有量は２〜９　
ｍｏ１％である。シリコン酸化膜１−１３の成長は、約
４００℃の温度で、反応ガスとしてはＳｉＬ　（シラｙ
　）　４０〜１００　ｃｃ／Ｆ）、ＰＨ５（ホスフィン
）２〜５　ＣＣ／６、ＡｓＨｓ　（フルシフ　）　２〜
ｌ　ＯＣＣ／６　（’！友はＡａＣ／、三塩化ヒ素）、
０１（酸素）１〜５１！／分を用い、午ヤリアガスとし
てはＮ１（窒素）２０〜３０１／ｌｐ）、　’に用いて
常圧ＣＶＤ法で行なう。又、Ｔｌ０８（有機系シラン）
、ＴＭＰ　（有機系リン）、ＴＥＲＡ（有機系ヒ素）な
どを使用し、減圧ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜１−
１３を形成することも可能である。

次に、第１図（ｅ）に示すように、熱処理によりヒ素酸
化物とリン酸化物を含むシリコン酸化膜１−１３の表面
平滑化を行なう。熱処理は８００〜９００℃のＮ！雰囲
気で２０〜３０分間行なう。これにより、ガラスフロー
と呼ばれる効果により、シリコン酸イＦ：膜１−１３の
表面は滑らかになる。次に、ホトリソおよびエツチング
工程により、シリコン酸化膜Ｌ−１２，ｔ−ｔａｔ一部
分的にエッチング除去し、配線ｔ−Ｓや拡散層１−１１
と上層アルずニウム配線との電気的接続を得るためのコ
ンタクトホール１−１４を形成する。

次に、第１図（ｆ）に示すように、８００〜９００℃の
Ｎｔ　’ｊ囲気で２０〜３０分間の熱処理を行なって再
度ガラスフローを起こさせ、コンタクトホール１−１４
の垂直な壁を滑らかなチー／々を持つ壁に変化させ、し
かる後に上層配線材例えばシリコンを含有Ｌ７ｔアルミ
ニウムをスパッタ法により厚さ６０００〜８０００＾で
全面形成し、その後ホトｖソおよびエツチング工程によ
りこのアルミニウムを部分的にエツチング除去し、上層
配線ｔ−ｔｓｔ″形成する。

上記実施例においては、層間絶縁膜を、リン酸化物とヒ
素酸化物を同時に含むシリコン酸化膜１−１３により形
成している。シリコン酸化膜中の不純物としては、リン
酸化物よりもヒ素酸化物の万が表面平滑化の効果が大き
い。その状況を第３図に示す。第３図は平滑化の九めの
熱処理を９００℃のＮ、雰囲気で３０分間行なつ九場合
の酸化物（シリコン酸化物にヒ素酸化物あるいはリン酸
化物を加え念もの）ａ度と表面凹凸のテーノセ角の関係
を示し、イが不純物としてリン酸化物を含む場合、口が
不純物としてヒ素酸化物を含む場合であシ、後者の方が
チー／９角が小さくなり、平滑化の効果が大きい。尚、
図中二はハと同一のヒ素酸化物ｆ！に度でリン酸化物を
添加し几場合を示す。又、リン酸化物とヒ素酸化物を含
む場合は、表面平滑化の程度はほとんどヒ累は化物の量
で決定されてしまう。

ここで、−シリコン酸化膜中の不純物がヒ素酸化物のみ
の場合、膜中への水分拡散が極めて速くなる。ヒ素酸化
物のみを不純物として含むシリコン酸化ｙ！、を９００
℃のＮ、中で３０分間熱処理し、その後相対湿度１００
％で３６時間１２０℃で加湿した場合の膜中のＨとＯＨ
のイオン強度フロファイル（ＳＩＭＳで測定）を第４図
に示す。膜中全体にＨとαＨのカウント数は高く、膜表
面から浸入し次水分は膜全体に及んでいることが解る。

このような特性の膜を半導体素子に用いると、水分がポ
ンディングＡット部や最終保護膜の欠陥から浸入し、層
間絶縁膜であるヒ素酸化物のみ含むシリコン酸化膜中を
拡散し、素子のｒ−ト酸化膜に到達することで素子特性
を劣化させる。

−万、この実施例のように、ヒ素酸化物を含むシリコン
酸化膜中に同時に不純物としてリン酸化＊を含ませると
、膜中への水分拡散速度を急激に遅くすることができる
。第５図はリン酸化物とヒ素酸化物を含むシリコン酸化
膜を９００℃でアニール後、３６時間１２０℃、相対湿
度１００％で加湿し次場合の膜中のＨとＯＨのイオン強
度フロファイル（Ｓ工ＭＳ測定）ｔ−示す。膜中への水
分拡散はヒ素酸化物のみを含むシリコン酸化膜に比べて
遅くなることが解る。

以上のように、リン酸化物のみを不純物として含むシリ
コン酸化膜の場合は、十分な表面平滑度’ｊｉ−９００
℃以下の熱処理で得ることができず、まｔヒ素酸化物の
みを不純物として含むシリコン酸化膜の場合は、９００
℃以下の熱処理で十分な表面平滑度を得ることができる
が、水分の浸入が速く、耐湿性が不十分となる。これに
対して、リン酸化物とヒ素酸化物を不純物として含むシ
リコン酸化膜の場合は、９００℃以下の熱処理で十分な
表面平滑度を得ることができ、同時に水分の浸入速度が
遅く、十分な耐湿性が得られる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、眉間絶縁膜をリン酸化
物とヒ素酸化物を含んだシリコン酸化膜により形成して
おり、９００℃以下の熱処理で十分な素子表面平滑度を
得ることができ、同時に高い耐湿性の半導体素子を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）はこの発明による半導体素子の製
造方法の工程説明図、第２図はＰＳＧの加湿試験による
リン減少特性図、第３図はシリコン酸化膜における不純
物濃度とチー７４角の関係図、第４図はヒ素酸化ｖＩＪ
を含むシリコン酸化膜の加湿後のフロ７アーイル、第５
図はリン酸化物とヒ素ば化物を含むシリコン酸化膜の加
湿後のフロファイルである。 １−１・・・シリコン基板、１−２・・・熱酸化膿、１
−５・・・ｒ−ト絶縁膜、【−６・・・多結晶シリコン
膜、１−７・・・Ｗシリサイド膜、ｌ−８・・・配線、
ｌ−９・・・容量、１−１０・・・’ｙ’−）Ｔｒ、　
　Ｌ−１１・・・ｎ型拡散層、１−１２．Ｌ−１３・・
・シリコン酸化膜、１−１４・・・コンタクトホール、
Ｌ−１５・・・上層配線。 堅発日門１ｚよろ工ｔＸ喜ＬＥｆ！１図第１図 不発８７１１１１：ｊろ工１呈３光明図第１図 １１！１に４ヒル笑シ農東　　　（ｍｏｌ　　％ノシ１
１コン酉久イＬハ笑ｎ平５骨庚才奇↑生図第３図 □深さ　−ミー 口希のλＥ含むソ１コン１！ｌ’＆化ｎ笑の１０フフイ
ル第４図 一３閑ごミー一 ＋１ン乙ヒ糸乞♂もシリコン酸イＬハ央のブロフ７１ル
第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、 （ｂ）上記絶縁膜上に配線、電極を形成する工程と、 （ｃ）全面にヒ素酸化物とリン酸化物を含んだシリコン
   酸化膜を形成する工程と、 （ｄ）熱処理により上記シリコン酸化膜の表面を平滑化
   する工程と、 （ｅ）上記シリコン酸化膜を部分的にエッチングしてコ
   ンタクトホールを形成する工程を備えたことを特徴とす
   る半導体素子の製造方法。