JP3712616B2 - 部分的に半導体基板中に延在する配線をもつ半導体素子の製造方法 - Google Patents
部分的に半導体基板中に延在する配線をもつ半導体素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、部分的に基板中に延在する配線をもつ半導体素子の製造方法に関する。部分的に基板に延びる配線をもつ半導体素子は、たとえば DE 35 02 713 A1 および DE-AS 16 14 250 から公知である。
【0002】
集積回路たとえばCMOS回路は、多数のプロセスステップによって製造される。この場合、それらの回路の製造コストはプロセスの複雑さや物理的な処理時間によって決まる。非常に複雑なコンポーネントであると、製品のプロセス進行のために数100の個別のプロセスステップや多数の日数を要することが多い。
【0003】
この場合、プロセスステップの一部分を、個々のアクティブな構成素子を互いに結線したり「外界」への集積回路の接続を確保したりする配線の形成に費やさなければならない。このようなコネクションは通常、アルミニウムから成る1つまたは複数の導体路平面によって実現される。
【0004】
しかしながら、アルミニウムから成る導体路平面が高価すぎるとともにスペースをとりすぎるような用途が存在する。しかもアルミニウム配線によって実現されている集積回路は、外部からの操作やあとからの回路分析に対して十分には保護されていない。
【0005】
集積回路の操作を行えるようにするためには通例、集積回路をまずはじめに分析する必要がある。そのためには層ごとに、各配線平面の間のパッシベーション層もしくはアイソレーション層をはがさなければならず、そのようにして露出した配線平面を調べることができるようになる。その際、配線平面がアルミニウム配線として設けられていると、そのような回路分析を比較的簡単に実行できてしまう。
【0006】
したがって本発明の課題は、部分的に基板中に延在している配線をもつ半導体素子の製造方法ならびにその方法によって製造可能な半導体素子において、集積回路の分析ならびにあとからの操作を非常に難しくすることにある。さらにこのような配線の形成方法をトランジスタの製造方法にできるかぎり良好に整合させるようにし、さらにできるかぎり僅かな余分なプロセスステップしか必要としないようにする。
【0007】
この課題は、請求項1記載の方法によって解決される。従属請求項、実施例の説明ならびに添付の図面には、本発明のその他の有利な実施形態や着想が示されている。
【0008】
本発明によれば、半導体基板中に延在している少なくとも1つの導電性コネクションと、半導体基板上に延在している導電性コネクションが設けられ、少なくとも2つの導電型のMOSFETの製造方法に整合されている、少なくとも部分的に半導体基板中に延在している配線をもつ半導体素子の製造方法が提供される。そして本発明による方法は以下のステップを有している。すなわち、
a)第1導電型のMOSFETのための第2の導電型をもつ第1の領域と、第2導電型のMOSFETのための第1の導電型をもつ第2の領域を少なくとも有する半導体基板を用意し、
b)前記第1の領域と前記第2の領域を含む前記半導体基板上に酸化物から成る第1のアイソレーション層を被着し、
c)第1の導電型のドーパントを前記第1の領域において、半導体基板中に延在する導電性コネクションと半導体基板上に延在する導電性コネクションとの交点にあとからなる領域に取り込み、および/または、第2の導電型のドーパントを前記第2の領域において、半導体基板中に延在する導電性コネクションと半導体基板上に延在する導電性コネクションとの交点にあとからなる領域に取り込み、
d)前記第1のアイソレーション層上に導電層を被着し、
e)ホト技術により第1のマスクを被着し、該第1のマスクによって第2の領域を完全に覆い、第1の領域では形成すべき第1導電型のMOSFETのゲート路だけを覆い、必要に応じて半導体基板上に延在する導電性コネクションを覆い、
f)前記導電層を第2のアイソレーション層に変えるかまたは取り除き、少なくとも第1の導電型のドーパントを半導体基板に取り込むため、前記第1のマスクを使用し、
f′)該第1のマスクを除去し、
g)ホト技術により第2のマスクを被着し、該第2のマスクによって第1の領域を完全に覆い、第2の領域では形成すべき第2導電型のMOSFETのゲート路だけを覆い、必要に応じて半導体基板上に延在する導電性コネクションを覆い、
h)前記導電層を第2のアイソレーション層に変えるかまたは除去し、第2の導電型のドーパントを半導体基板に取り込むため、前記第2のマスクを使用し、
i)温度を高めることで、前記交点の領域において第1または第2のマスクを用いて取り込まれたドーパントにより、半導体基板中に延在する導電性コネクションを形成する。
【0009】
このステップは必ずしも上述の順序で実行しなくてもよく、殊にステップb)、c)の順序を交換してもよい。このようにして製造された本発明による半導体素子によれば、ゲート平面の下方で低抵抗のアンダーパスを実現することができ、これによってあとからの回路分析が非常に難しくなる。したがって本発明による半導体素子によって、外部からの操作に対し高度なセキュリティが重要となる使用法が可能となる。
【0010】
さらに本発明による方法のもつ利点は、少なくとも2つのトランジスタタイプたとえばPMOSトランジスタとNMOSトランジスタならびに基板中に延びる配線を形成するために3つのホト平面しか必要とされないのに対し、従来の製造方法によれば一般に6つまたはそれよりも多くのホト平面が必要とされる。本発明による方法によれば、ゲート路もしくは基板上に延在するコネクションのパターニングのため、およびドーパントを取り込むための領域においてそれぞれ、ソース/ドレイン領域もしくは基板中に延在するコネクションを形成する目的で、ホト技術を用いて形成されたマスクが用いられる。3つのホト平面を節約することにより、プロセスの流れがさらに格段に簡単になり速度が上がり、その結果、低コストの製造を保証することができる。したがってこのような集積回路を、低い製造コストが殊に重要となる用途に使うことができる。
【0011】
本発明による方法によれば第1の領域と第2の領域との間に、2つのマスクで覆われない領域が設けられている。このようにすれば、導電層の平面において実際に設けられているコネクションだけによって、第1の領域と第2の領域との間に導電接続が確立されるようになる。
【0012】
さらに、導電層に保護層たとえば酸化窒化酸化層を被着すると有利であり、この層はマスクの被着後、マスクに従い除去される。同様に、導電層がポリシリコン層であると有利である。
【0013】
本発明の1つの実施形態によれば、ポリシリコン層は酸化により第2のアイソレーション層に変えられる。この場合、殊に有利であるのは、ポリシリコン層を第2のアイソレーション層に変える際、ポリシリコン層の一部分を除去し、残された部分を酸化により酸化シリコン層に変えることである。
【0014】
さらに有利であるのは、ドーパントをインプランテーションおよびそれに続く熱処理によって半導体基板中に取り込むことである。その際にたとえば、ポリシリコン層の酸化時に行われるプロセス温度の上昇をドーパントの取り込みに利用することができる。
【0015】
また、有利には、第1の領域と第2の領域がそれぞれ、基板コンタクトのために設けられている領域をもっており、その際、基板コンタクトの設けられている第2の領域内の領域の上で第1のマスクが開口部を有しており、基板コンタクトの設けられている第1の領域内の領域はこの第1のマスクで覆われている。また、基板コンタクトの設けられている第1の領域内の領域の上で第2のマスクが開口部を有しており、基板コンタクトの設けられている第2の領域内の領域はこの第2のマスクで覆われている。
【0016】
さらに有利には、形成すべきトランジスタが配置されることになる所定の領域に、各トランジスタを境界づけるアイソレーションゾーンたとえばLocosアイソレーションまたはシャロウトレンチアイソレーションが設けられている。
【0017】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【0018】
図1〜図5は、本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【0019】
図6および図7は、図4に断面図として示されている構造を上から見た図である。
【0020】
図1には、本発明による方法の出発点として準備される半導体基板1が示されている。p導電型半導体基板1にn導電型のウェルが設けられている。これによればn導電型ウェル2の広がりによって、あとで導電性コネクションとしてp拡散を受け入れる1つの領域3が規定される。さらに半導体基板1にはp導電型ウェル4も設けられている。これによればp導電側ウェル4の広がりによって同様に、あとで導電性コネクションとしてn拡散を受け入れる1つの領域5が規定される。
【0021】
さらにLocosアイソレーション6が設けられており、それらによって個々のコネクションが横方向で相互に分離されている。その際、アイソレーションを改善するため、Locosアイソレーションの下にさらにフィールドインプランテーション7を設けることができる。
【0022】
このようにしてまえもって構造化されている半導体基板1に基づき、各Locosアイソレーション間にアイソレーション層として酸化物層8が半導体基板1上に被着される。この酸化物層8はあとで半導体基板1の他の領域において、これから生成すべきトランジスタ(図示せず)のためのゲート酸化物として用いられる。図1には、その結果として生じた構造が示されている。
【0023】
次にホト技術を用いて、ホウ素原子33が半導体基板1のn導電型ウェル2に注入される(注入エネルギー20keV、注入量2*1014cm- 2)。この場合、ホウ素原子は領域23に注入され、この領域はあとで、半導体基板中に延在する導電性コネクション24と半導体基板上に延在する導電性コネクション14(図6参照)との交点を成す。
【0024】
さらに別のホト技術を用いて、リン原子35がp半導体基板1のp導電型ウェル4に注入される(注入エネルギー20keV、注入量2*1014cm- 2)。この場合、リン原子は領域25に注入され、この領域はあとで、半導体基板中に延在する導電性コネクション24と半導体基板上に延在する導電性コネクション18(図6参照)との交点を成す。このようにして得られた状態が図2に描かれている。
【0025】
ついでCVDデポジットにより、ポリシリコン層10が導電層として酸化物層8およびLocosアイソレーション6の上に被着される。この場合、ポリシリコン層10はたとえば150nmの厚さをもち、2.0 1020cm- 3のn+ドーピングである。このドーピングはその場的に(instiue)デポジット中、あとから注入を追加することにより、あるいはいわゆるPOCL被覆によって行うことができる。その後、ポリシリコン層10上に酸化窒化層がデポジットされ、この場合、酸化窒化層からあとで酸化により酸化窒化酸化層11が保護層として生じる。
【0026】
次にホト技術を用いて、第1のマスク12が酸化窒化酸化層11に被着される。この場合、第1のマスク12はn導電型ウェル2の上方で実質的にコネクション14だけを覆う一方、p導電型ウェル4はほぼ完全に覆われる。
【0027】
両方のウェル2と4との間の領域19の上方では(図4参照)マスク12はいくらか引き戻されており、その結果、この領域も露出したままである。
【0028】
このマスク12に従い、酸化窒化酸化層11において露出している部分がエッチングにより取り除かれる。さらにこの第1のマスク12に従い、ポリシリコン層10において露出している部分が所定の厚さまで取り除かれる。さらにこの第1のマスク12に従い、ホウ素原子15が半導体基板1およびLocosアイソレーション6に注入される(注入エネルギー20keV、注入量2*1015cm- 2)。Locosアイソレーションに注入されたホウ素原子はこれ以降なにも役割を果たさないので、図3では半導体基板1に注入されたホウ素原子だけしか示されていない。
【0029】
その際、マスク12をすでに保護層11のパターニング後あるいは導電層10のパターニング後に除去してもよいが、ドーパント注入が完了するまでマスク12をそのままにしておくのが有利である。このようにして、半導体表面上に僅かなトポロジーの相違しか引き起こさないごく薄い導電層を使用することができる。
【0030】
ホウ素の注入が完了すると第1のマスク12が取り除かれ、別のホト技術によって第2のマスク17が被着される。この場合、第2のマスク17はp導電型ウェル4の上でコネクション18だけを覆う一方、n導電型ウェル2はほぼ完全に覆われる。
【0031】
両方のウェル2と4との間の領域19(図4参照)の上ではマスク17はいくらか引き戻されており、その結果、この領域も露出している。
【0032】
この第2のマスク17に従い、酸化窒化酸化層11においてまだ存在しておりいまのところ露出している部分がエッチングによって取り除かれる。さらにこの第2のマスク17に従い、ポリシリコン層10においてまだ存在しており露出している部分10がまえもって定められた厚さまで除去される。その結果としてとりわけ、両方のマスクによって覆われていなかった第1の領域と第2の領域との間の領域19において、ポリシリコン層10が完全に除去されるようになる。
【0033】
さらにこの第2のマスク17に従い、リン原子および/またはヒ素原子20が半導体基板1およびLocosアイソレーション6に注入される(リン:注入エネルギー130keV、注入量1*1014cm- 2、ヒ素:注入エネルギー150keV、注入量2*1015cm- 2)。Locosアイソレーション6に注入されたドーパント原子はこれ以降なにも役割を果たさないので、図4には半導体基板1に注入されたドーパント原子だけしか示されていない。
【0034】
リン/ヒ素の注入が完了すると第2のマスク17が取り除かれ、それに続いて、まだ存在しており保護層11によって保護されていないポリシリコン10の酸化が行われ、その結果、酸化層22が第2のアイソレーション層として生じる。この場合、酸化窒化酸化層11によって覆われているコネクション14,18は酸化されない。ポリシリコン層10の酸化はたとえば、80分にわたり約950゜Cの温度の湿った雰囲気において行われる。このように温度を高めることは、ホウ素もしくはリン/ヒ素を半導体基板に打ち込むためにも同時に役立ち、そのようにすることで半導体基板中に延在する導電性コネクション24を形成することができる。
【0035】
この場合、ドーパントの濃度は、半導体基板中に延在する導電性コネクション24が交点32,34の領域23,25において十分な導電性をもつように選定される。これによって、交点32,34におけるトランジスタの形成が回避される。このようにして得られる状態が図5に示されている。
【0036】
本発明による方法の別の実施形態によれば、ポリシリコン層10はエッチング中、まえもって定められた厚さまでしか取り除かれないのではなく、完全に除去される。その結果、残されたポリシリコンの転換のための長い酸化ステップはもはや不要となる。この場合、ドーパントを半導体基板に打ち込むためにごく短い熱処理だけしか実行されない(950゜Cで約20分間)。
【0037】
図6には、図5に断面図で示されている構造を上から見た図が示されている。図5に示されている構造は、図6のラインAA′に沿ってカットして切り開いた様子を示している。
【0038】
ここに示されているようにゲート路14,18は半導体基板1上を延びる導電性コネクションを成しており、これはたとえば2つのトランジスタ(図示せず)のゲート電極を互いに接続している。これに対し、あとのプロセスステップでコンタクトホールにより個所30において接触接続される拡散領域24は、半導体基板1中に延びる導電性コネクションを成している。
【0039】
このようにして製造された集積回路の分析をだれかが試みようとした場合、その者には図6の平面図に示されている配線がCMOSテクノロジーにおける2つのトランジスタの配置として現れる。相違点は領域23と25におけるドーピング濃度によってしか生じない。とはいえこのドーピング濃度は、あとからであると非常に手間をかけることによってしか確かめられない。したがって集積回路をあとから操作するのも非常に難しい。
【0040】
図7にも本発明による配置構成の平面図が示されており、これによればライン上に拡散領域24が位置している。この場合、ラインAA′は図6よりも延びている。これに対しゲート路14,18は互いに角度を成して配置されている。
【0041】
ついで、第1の金属化平面を形成する目的で、別のアイソレーション層たとえばBPSGおよび別の導電層たとえばアルミニウムのデポジットが行われる。製造すべき回路の複雑さに応じて、別のアイソレーション層および別の導電層を被着することができる。しかし簡単な回路については1つの金属化平面で十分であり、したがってその場合には1つのパシベーション層をデポジットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
図1〜図5は、本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【図2】 本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【図3】 本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【図4】 本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【図5】 本発明による方法の種々の段階を示す断面図である。
【図6】 図4に断面図として示されている構造を上から見た図である。
【図7】 図4に断面図として示されている構造を上から見た図である。
Claims (11)
- 半導体基板中に延在している少なくとも1つの導電性コネクション(24)と、半導体基板(1)上に延在している導電性コネクション(14,18)が設けられ、少なくとも2つの導電型のMOSFETの製造方法に整合されている、少なくとも部分的に半導体基板中に延在している配線をもつ半導体素子の製造方法において、
a)第1導電型のMOSFETのための第2の導電型をもつ第1の領域(3)と、第2導電型のMOSFETのための第1の導電型をもつ第2の領域(5)を少なくとも有する半導体基板(1)を用意し、
b)前記第1の領域(3)と前記第2の領域(5)を含む前記半導体基板(1)上に酸化物から成る第1のアイソレーション層(8)を被着し、
c)第1の導電型のドーパントを前記第1の領域(3)において、半導体基板(1)中に延在する導電性コネクション(24)と半導体基板(1)上に延在する導電性コネクション(14)との交点にあとからなる領域に取り込み、および/または、第2の導電型のドーパントを前記第2の領域(5)において、半導体基板中に延在する導電性コネクション(24)と半導体基板(1)上に延在する導電性コネクション(18)との交点にあとからなる領域に取り込み、
d)前記第1のアイソレーション層(8)上に導電層(10)を被着し、
e)ホト技術により第1のマスク(12)を被着し、該第1のマスクによって第2の領域(5)を完全に覆い、第1の領域(3)では形成すべき第1導電型のMOSFETのゲート路だけを覆い、必要に応じて半導体基板(1)上に延在する導電性コネクション(14)を覆い、
f)前記導電層(10)を第2のアイソレーション層(22)に変えるかまたは取り除き、少なくとも第1の導電型のドーパント(15)を半導体基板(1)に取り込むため、前記第1のマスク(12)を使用し、
f′)該第1のマスク(12)を除去し、
g)ホト技術により第2のマスク(17)を被着し、該第2のマスクによって第1の領域(3)を完全に覆い、第2の領域(5)では形成すべき第2導電型のMOSFETのゲート路だけを覆い、必要に応じて半導体基板(1)上に延在する導電性コネクション(18)を覆い、
h)前記導電層(10)を第2のアイソレーション層(22)に変えるかまたは除去し、第2の導電型のドーパント(20)を半導体基板(1)に取り込むため、前記第2のマスク(17)を使用し、
i)温度を高めることで、前記交点の領域において第1または第2のマスクを用いて取り込まれたドーパントにより、半導体基板中に延在する導電性コネクション(24)を形成することを特徴とする、
少なくとも部分的に半導体基板中に延在している配線をもつ半導体素子の製造方法。 - 前記の第1の領域(3)と第2の領域(5)との間に、前記の両方のマスク(12,17)によって覆われない領域(19)を設ける、請求項1記載の方法。
- 前記導電層(10)の上に保護層(11)を被着し、該保護層をマスク(12,17)の被着後、該マスク(12,17)に従って取り除く、請求項1または2記載の方法。
- 前記保護層を酸化窒化酸化層とする、請求項3記載の方法。
- 前記導電層(10)をポリシリコン層とする、請求項1から4のいずれか1項記載の方法。
- 前記ポリシリコン層(10)を酸化により第2のアイソレーション層(22)に変える、請求項5記載の方法。
- 第2のアイソレーション層(22)への前記ポリシリコン層(10)の転換を、該ポリシリコン層(10)の一部分を除去し、残りの部分を酸化により酸化シリコン層(22)に変えることにより行う、請求項5記載の方法。
- ドーパント(15,20)を、注入およびそれに続く熱処理により半導体基板(1)に取り込む、請求項1から7のいずれか1項記載の方法。
- 前記ドーパント(15,20)を、ポリシリコンの酸化にあたり温度を高めることで半導体基板(1)に打ち込む、請求項8記載の方法。
- 前記の第1および第2の領域(3,5)にそれぞれ、基板コンタクトのために設けられる領域(32,34)をそれぞれもたせ、
前記第1のマスク(12)によって、基板コンタクトのために設けられている第2の領域(5)内の領域(32)の上と、基板コンタクトのために設けられている第1の領域(3)内の領域(34)の上を覆い、
前記第2のマスク(17)によって、基板コンタクトのために設けられている第1の領域(3)内の領域(34)の上と、基板コンタクトのために設けられている第2の領域(5)内の領域(32)の上を覆う、
請求項1から9のいずれか1項記載の方法。 - 前記第2の導電型をもつ第1の領域(3)と前記第1の導電型をもつ第2の領域(5)に、各MOSFETの境界を成すアイソレーションゾーン(6)を設ける、請求項1から10のいずれか1項記載の方法。
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