JP2820263B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2820263B2 JP6220789A JP6220789A JP2820263B2 JP 2820263 B2 JP2820263 B2 JP 2820263B2 JP 6220789 A JP6220789 A JP 6220789A JP 6220789 A JP6220789 A JP 6220789A JP 2820263 B2 JP2820263 B2 JP 2820263B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子の製造方法に係り、特に層間絶縁
膜の形成方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an interlayer insulating film.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の層間絶縁膜を含む半導体素子の製造方
法を第3図に製造工程図を示して述べる。
Conventionally, a method of manufacturing a semiconductor device including this kind of interlayer insulating film will be described with reference to a manufacturing process diagram shown in FIG.

先ず、Si基板1の非能動領域上にLOCOS法によりフィ
ールド酸化膜2を形成する。その後、基板1の能動領域
の所定部に、例えばタングステンポリサイド構造のゲー
ト電極3を形成する。次いで、LDD構造のトランジスタ
を得るため、イオン注入を以てn-拡散層4及びn+拡散層
5を夫々形成する。その後、基板1全面に、例えば、50
0Å厚のNSG(ノンドープシリケートガラス)膜6及び65
00Å厚のBPSG(ボロン・フォスフィンシリケートガラ
ス)膜7を順次堆積して成る層間絶縁膜8を形成する。
尚、この場合、NSG膜6は常圧CVD法により形成される
(第3図a)。
First, a field oxide film 2 is formed on a non-active region of a Si substrate 1 by the LOCOS method. Thereafter, a gate electrode 3 having, for example, a tungsten polycide structure is formed in a predetermined portion of the active region of the substrate 1. Next, in order to obtain a transistor having an LDD structure, an n diffusion layer 4 and an n + diffusion layer 5 are formed by ion implantation, respectively. Thereafter, for example, 50
0Å thick NSG (non-doped silicate glass) films 6 and 65
An interlayer insulating film 8 is formed by sequentially depositing a BPSG (boron phosphine silicate glass) film 7 having a thickness of 00 mm.
In this case, the NSG film 6 is formed by the normal pressure CVD method (FIG. 3A).

次に、1000℃で15分間のアニールを施すことにより層
間絶縁膜8をガラスフローさせ、平滑化させる。その
後、周知のホトリソ技術を以てn-・n+拡散層4,5の部分
上の層間絶縁膜8を部分的にエッチング除去してコンタ
クトホール9を形成する。そして、このコンタクトホー
ル9にリンをイオン注入する(第3図b)。
Next, by annealing at 1000 ° C. for 15 minutes, the interlayer insulating film 8 is made to glass-flow and smoothed. After that, the interlayer insulating film 8 on the n · n + diffusion layers 4 and 5 is partially removed by etching using a known photolithography technique to form a contact hole 9. Then, phosphorus ions are implanted into the contact holes 9 (FIG. 3B).

しかる後、900℃で15分間のN2アニールを行ない、注
入されたリンを活性化すると共に、コンタクトホール9
をテーパー状に形成する。次に、選択CVD法を以てコン
タクトホール9部にW(タングステン)層10を埋め込
む。このときの選択CVDの条件は、SiH4還元法を用い、
基板温度270℃でSiH4ガス及びWF6ガスの流量を夫々5SCC
M及び10SCCMとし100秒間を行なう。続いて、スパッタ法
により1.5%Si含有のAl材を1.0μm厚堆積した後、これ
をパターン化して、W層10上を含む所定部にAl−Si層11
を形成し、素子を完成していた(第3図c)。
Thereafter, N 2 annealing is performed at 900 ° C. for 15 minutes to activate the implanted phosphorus and to form contact holes 9.
Is formed in a tapered shape. Next, a W (tungsten) layer 10 is buried in the contact holes 9 by a selective CVD method. The conditions of the selective CVD at this time are as follows, using the SiH 4 reduction method,
At a substrate temperature of 270 ° C, the flow rates of SiH 4 gas and WF 6 gas are each 5SCC
Perform 100 seconds with M and 10 SCCM. Subsequently, an Al material containing 1.5% Si is deposited to a thickness of 1.0 μm by a sputtering method, and then patterned to form an Al—Si layer 11 on a predetermined portion including the W layer 10.
Was formed to complete the device (FIG. 3c).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

然し乍ら、従来製造方法においては、選択CVD法によ
るW層10の形成工程において、第4図に示すように、Si
基板1とNSG膜6との水平界面(Si界面)にW材10aが侵
入し、後工程の熱処理により拡散層4,5が破壊したり、
接合リーク電流が発生するという問題点があった。
However, in the conventional manufacturing method, in the step of forming the W layer 10 by the selective CVD method, as shown in FIG.
The W material 10a penetrates into the horizontal interface (Si interface) between the substrate 1 and the NSG film 6, and the diffusion layers 4 and 5 are destroyed by a heat treatment in a later process.
There is a problem that a junction leak current occurs.

又、コンタクトフロー時にBPSG膜7の膜厚が厚いた
め、コンタクト開口部がオーバーハング形状となる。こ
のため、W層10の均一な成長が阻害され、W層10表面が
平坦に形成されないと共に、W層10上に形成されるAl−
Si層11のステップカバレッジが改善されないという問題
点があった。
In addition, since the BPSG film 7 is thick during the contact flow, the contact opening has an overhang shape. For this reason, uniform growth of the W layer 10 is hindered, and the surface of the W layer 10 is not formed flat, and the Al-
There is a problem that the step coverage of the Si layer 11 is not improved.

本発明の目的は上述の問題点に鑑み、W材のSi界面へ
の侵入が防止でき、コンタクト開口部の良好なテーパー
化が図れる層間絶縁膜を有する半導体素子の製造方法を
提供するものである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having an interlayer insulating film capable of preventing the W material from entering the Si interface and achieving a good taper of the contact opening. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上述した目的を達成するため、半導体基板の
能動領域所定表面に不純物層を形成する工程と、前記半
導体基板全面に水素を含有する第1の酸化膜と熱処理に
よりフロー効果を有する薄膜の絶縁膜とを順次積層して
成る層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を平
滑化する工程と、前記層間絶縁膜を選択エッチングし
て、前記不純物層上に開孔部を形成する工程と、熱処理
により前記開孔部周辺の前記層間絶縁膜の端部をテーパ
ー状に平滑化すると共に、前記開孔部の前記不純物層上
に第2の酸化膜を形成し、且つ前記開孔部以外の前記不
純物層上の前記第1の酸化膜に近接する前記不純物層の
表面を酸化することにより前記第2の酸化膜より厚い第
3の酸化膜を形成する工程と、前記開孔部の前記第2の
酸化膜を除去する工程と、前記開孔部に高融点金属を埋
め込む工程とから成る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a step of forming an impurity layer on a predetermined surface of an active region of a semiconductor substrate, and a step of forming a first oxide film containing hydrogen and a thin film having a flow effect by heat treatment on the entire surface of the semiconductor substrate. Forming an interlayer insulating film formed by sequentially laminating an insulating film; smoothing the interlayer insulating film; and selectively etching the interlayer insulating film to form a hole on the impurity layer. Forming a second oxide film on the impurity layer in the opening portion by smoothing the end portion of the interlayer insulating film around the opening portion in a tapered shape by a heat treatment; Forming a third oxide film thicker than the second oxide film by oxidizing a surface of the impurity layer adjacent to the first oxide film on the impurity layer other than the portion; Removing the second oxide film , Consisting of a step of embedding the refractory metal in said opening.

〔作 用〕(Operation)

本発明においては、コンタクト部のSi界面がコンタク
ト部以外の能動領域のSi界面より高位に位置するので、
タングステンはコンタクト部以外の能動領域のSi界面に
は侵入しない。更に、ガラスフロー効果を有する絶縁膜
を薄膜に形成するので、コンタクトフロー時におけるコ
ンタクト部開口部のオーバーハングが防止される。よっ
て、タングステンが平坦に形成され、この上に形成され
るAl配線等のステップカバレッジが向上する。
In the present invention, since the Si interface of the contact portion is located higher than the Si interface of the active region other than the contact portion,
Tungsten does not enter the Si interface in the active region other than the contact portion. Further, since the insulating film having the glass flow effect is formed in a thin film, overhang of the opening of the contact portion during the contact flow is prevented. Therefore, the tungsten is formed flat, and the step coverage of the Al wiring and the like formed thereon is improved.

〔実施例〕〔Example〕

本発明製造方法に係わる一実施例を、第1図に工程図
及び第2図に酸化レート特性図を示して説明する。
One embodiment of the production method of the present invention will be described with reference to FIG. 1 showing a process diagram and FIG. 2 showing an oxidation rate characteristic diagram.

先ず、Si基板21の非能動領域上にLOCOS法によりフィ
ールド酸化膜22を形成する。その後、基板21の能動領域
の所定部にタングステンポリサイド構造のゲート電極23
を形成した後、イオン注入を以てLDDトランジスタのソ
ース・ドレインとなるn-拡散層24及びn+拡散層25を夫々
形成する。次いで、基板温度が100℃でSi2H6/O2ガス流
量比を0.11として重水素ランプを照射する。これによっ
て基板21全面に6×10-3%のSi−H基を残存するSiO2
26を堆積する。更にこの上に基板温度を400℃とする常
圧CVD法を以てBPSG膜27を0.2μm厚堆積する。その後、
1000℃のN2ガス中で15分間アニールしてBPSG膜27をガラ
スフローさせる。次いで、RIE法を以てSiO2膜26及びBPS
G膜27から成る層間絶縁膜28を部分的にエッチング除去
してn-・n+拡散層24,25上にコンタクトホール29を形成
する。そして、このコンタクトホール29よりリンを基板
21表面にイオン注入する(第1図a)。尚、SiO2膜26
は、光CVD法に限定されず、プラズマCVD法により形成し
ても良い。
First, a field oxide film 22 is formed on the non-active area of the Si substrate 21 by the LOCOS method. Thereafter, a gate electrode 23 having a tungsten polycide structure is formed on a predetermined portion of the active area of the substrate 21.
Is formed, an n diffusion layer 24 and an n + diffusion layer 25 serving as the source / drain of the LDD transistor are formed by ion implantation, respectively. Next, the substrate temperature is 100 ° C., and the deuterium lamp is irradiated with the Si 2 H 6 / O 2 gas flow ratio being 0.11. As a result, an SiO 2 film having 6 × 10 −3 % of Si—H groups remaining on the entire surface of the substrate 21
Deposit 26. Further, a BPSG film 27 having a thickness of 0.2 μm is deposited thereon by a normal pressure CVD method at a substrate temperature of 400 ° C. afterwards,
Anneal in N 2 gas at 1000 ° C. for 15 minutes to cause the BPSG film 27 to glass-flow. Next, the SiO 2 film 26 and the BPS
The interlayer insulating film 28 made of the G film 27 is partially etched away to form a contact hole 29 on the n .n + diffusion layers 24 and 25. Then, phosphorus is supplied from the contact hole 29 to the substrate.
Ion implantation is performed on the surface 21 (FIG. 1a). The SiO 2 film 26
Is not limited to the optical CVD method, but may be formed by a plasma CVD method.

次に、900℃のO2ガス中で30分間のアニールを施し、
注入イオンを活性化すると共に、コンタクトホール29の
形状をテーパー状に平滑化する。更に、このとき同時に
拡散層24,25のコンタクト部上及びコンタクト部以外の
拡散層24,25上にSiO2膜30,31が形成される。この場合、
コンタクト部以外の拡散層24,25上では酸化レートが大
きくなるため、SiO2膜31はSiO2膜30より厚膜に形成され
る。これはコンタクト部以外の拡散層24,25上には、水
素を含有するSiO2膜26が存在するために当該水素が酸化
レートの増大に寄与し、コンタクト部以外の拡散層24、
25の表面が、コンタクト部の拡散層に比べ急速に酸化さ
れるためである。更に、SiO2膜26上に堆積されたBPSG膜
27にも僅かのSi−H基を含有するので、第2図に示す如
く、BPSG膜27も酸化レートを増大させることになる(第
1図b)。
Next, annealing is performed for 30 minutes in O 2 gas at 900 ° C.
This activates the implanted ions and smoothes the shape of the contact hole 29 into a tapered shape. Further, at this time, SiO 2 films 30 and 31 are simultaneously formed on the contact portions of the diffusion layers 24 and 25 and on the diffusion layers 24 and 25 other than the contact portions. in this case,
Since the oxidation rate becomes higher on the diffusion layers 24 and 25 other than the contact portions, the SiO 2 film 31 is formed to be thicker than the SiO 2 film 30. This is because the hydrogen contributes to an increase in the oxidation rate due to the presence of the SiO 2 film 26 containing hydrogen on the diffusion layers 24 and 25 other than the contact portions, and the diffusion layers 24 and
This is because the surface of 25 is oxidized more rapidly than the diffusion layer of the contact portion. Furthermore, a BPSG film deposited on the SiO 2 film 26
Since 27 also contains a small amount of Si-H groups, the BPSG film 27 also increases the oxidation rate as shown in FIG. 2 (FIG. 1b).

次に、SiO2膜30を希釈フッ酸により除去し、コンタク
ト部のSi界面32がコンタクト部以外のSi界面33よりも高
位に位置する構造とする。その後、選択CVD法を以てW
層34をコンタクトホール29内にSiO2膜26の厚さ程度埋め
込む(第1図c)。
Next, the SiO 2 film 30 is removed with diluted hydrofluoric acid to obtain a structure in which the Si interface 32 of the contact portion is positioned higher than the Si interface 33 other than the contact portion. After that, the W
A layer 34 is buried in the contact hole 29 to the extent of the thickness of the SiO 2 film 26 (FIG. 1c).

しかる後、W層34を含む所定部にAl−Si膜35を形成
し、素子を完成する(第1図d)。
Thereafter, an Al-Si film 35 is formed on a predetermined portion including the W layer 34 to complete the device (FIG. 1d).

斯くして、本発明によれば、Si界面32がSi界面33より
高位に位置する構造のため、W材のSi界面33への侵入が
防止される。又、BPSG膜27は薄く形成するので、コンタ
クトフロー時においてコンタクトホール29をオーバーハ
ング形状にすることはなく、開口部のみなだらかにな
る。加えて、埋込W層34をBPSG膜27とSiO2膜26との界面
まで埋め込むので、Al−Si膜35のステップカバレッジが
向上する。
Thus, according to the present invention, since the Si interface 32 is located higher than the Si interface 33, the W material is prevented from entering the Si interface 33. Further, since the BPSG film 27 is formed thin, the contact hole 29 does not have an overhang shape at the time of contact flow, and the opening becomes smooth. In addition, since the embedded W layer 34 is embedded up to the interface between the BPSG film 27 and the SiO 2 film 26, the step coverage of the Al—Si film 35 is improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、第2のSiO2膜と
第3のSiO2膜との酸化レートの差を利用して、コンタク
ト部のSi界面がコンタクト部以外の能動領域のSi界面よ
り高位になるようにするのでタングステン(W)のコン
タクト部以外の能動領域におけるSi界面への侵入や抑制
できる。又、フロー効果を有する絶縁膜を薄膜に形成す
るので、コンタクトフロー時において、コンタクトホー
ルをオーバーハング形状にすることなく、良好にテーパ
ー化できる。よって、W層の埋め込み時間が短縮でき、
W層表面が平坦化でき、Al配線等のステップカバレッジ
が向上できる等の特有の効果により上述の課題を解決し
得る。
According to the present invention described above, by utilizing the difference in oxidation rate between the second SiO 2 film and the third SiO 2 film, Si interface of the active area Si interface other than the contact portion of the contact portion Since the height is higher, the penetration of the tungsten (W) into the Si interface in the active region other than the contact portion can be suppressed. Further, since the insulating film having the flow effect is formed in a thin film, the contact hole can be tapered well without overhanging the contact hole during the contact flow. Therefore, the embedding time of the W layer can be reduced,
The above-mentioned problem can be solved by a unique effect such that the surface of the W layer can be flattened and the step coverage of Al wiring and the like can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図及び第2図は本発明方法に係わる一実施例を示す
もので、第1図は製造工程図、第2図は酸化レート特性
図、第3図及び第4図は従来例を示すもので、第3図は
製造工程図、第4図は素子の断面図である。 21……Si基板、22……フィールド酸化膜、23……ゲート
電極、24……n-拡散層、25……n+拡散層、26……SiO
2膜、27……BPSG膜、28……層間絶縁膜、29……コンタ
クトホール、30,31……SiO2膜、34……W層、35……Al
−Si膜。
1 and 2 show an embodiment of the method of the present invention. FIG. 1 shows a manufacturing process, FIG. 2 shows an oxidation rate characteristic, and FIGS. 3 and 4 show a conventional example. FIG. 3 is a manufacturing process diagram, and FIG. 4 is a sectional view of the device. 21 ... Si substrate, 22 ... Field oxide film, 23 ... Gate electrode, 24 ... n - diffusion layer, 25 ... n + diffusion layer, 26 ... SiO
2 film, 27… BPSG film, 28… interlayer insulating film, 29… contact hole, 30, 31… SiO 2 film, 34… W layer, 35… Al
-Si film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の能動領域所定表面に不純物層
を形成する工程と、 前記半導体基板全面に水素を含有する第1の酸化膜と熱
処理によりフロー効果を有する薄膜の絶縁膜とを順次積
層して成る層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜を平滑化する工程と、 前記層間絶縁膜を選択エッチングして、前記不純物層上
に開孔部を形成する工程と、 熱処理により前記開孔部周辺の前記層間絶縁膜の端部を
テーパー状に平滑化すると共に、前記開孔部の前記不純
物層上に第2の酸化膜を形成し、且つ前記開孔部以外の
前記不純物層上の前記第1の酸化膜に近接する前記不純
物層の表面を酸化することにより前記第2の酸化膜より
厚い第3の酸化膜を形成する工程と、 前記開孔部の前記第2の酸化膜を除去する工程と、 前記開孔部に高融点金属を埋め込む工程とを含むことを
特徴とする半導体素子の製造方法。
A step of forming an impurity layer on a predetermined surface of an active region of a semiconductor substrate; sequentially stacking a first oxide film containing hydrogen and a thin insulating film having a flow effect by heat treatment on the entire surface of the semiconductor substrate. Forming an interlayer insulating film comprising: forming the interlayer insulating film; smoothing the interlayer insulating film; selectively etching the interlayer insulating film to form an opening on the impurity layer; Forming an end portion of the interlayer insulating film in the vicinity of the opening portion in a tapered shape, forming a second oxide film on the impurity layer in the opening portion, and forming the impurity layer other than the opening portion; Forming a third oxide film thicker than the second oxide film by oxidizing a surface of the impurity layer adjacent to the first oxide film on the second oxide film; A step of removing the film; The method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of embedding a metal.
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