JPH03142832A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しく
は、高融点金属または高融点金属シリサイドを使用した
半導体装置の層間絶縁膜の製造方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来方法で製造した層間絶縁膜を有する半導体装置とし
ての高融点金属ポリサイドゲート電界効果トランジスタ
における要部の概要構成を第４図に示す。

第４図において、ｌはゲート絶縁膜、２および３はゲー
ト絶縁膜１上に順次に形成された多結晶シリコン層およ
び高融点金属シリサイド層であり、これらの両層２，３
によりポリサイドゲート電極を構成する。また、４は高
融点金属ポリサイドゲート電界効果トランジスタのソー
ス・ドレインとなる不純物拡散層、５は上記の層、膜を
覆う層間絶縁膜、６は層間絶縁膜５の上の金属配線層で
ある。

しかして、この種の構成の場合にあっては、金属配線層
６の段差被覆性の改善ならびにバターニングのための写
真製版を良好に行なわせることなどの目的で、層間絶縁
膜５を可及的に平坦化させることが要求されている。そ
して、この要求に応えるため、従来技術では、層間絶縁
膜５の材料として、リンを含むシリコン酸化膜（ＰＳＧ
）、ボロンを含むシリコン酸化膜（ＢＳＧ）、リンとボ
ロンの双方を含むシリコン酸化膜（Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ）な
どを用い、これらの膜を酸化性雰囲気中での熱処理（８
００℃〜１０００℃〉によって平坦化させる、いわゆる
“リフロー”と呼ばれる手段を講じている。すなわち、
ここでは、リンとかボロンが熱処理によってシリコン酸
化膜の流動性を著しく高めるという効果を利用しており
、また、熱処理を酸化性雰囲気で行なうのは、それ以外
の雰囲気で行なうよりも平坦性に優れているためである
。

しかして、上記従来例で採用するＰＳＧ、ＢＳＧとかＢ
ＰＳＣ；などの絶縁膜は、不純物を加えていないシリコ
ン酸化膜に比較するとき、酸化種の膜中における拡散係
数の大きいことが知られている。従って、ここでは、層
間絶縁膜５の下にあるポリサイドゲート電極２，３につ
いても、酸化性雰囲気中での熱処理時にあって、頗る程
度の激しい酸化作用を受けることになる。

そしてまた、−船釣にポリサイドゲートの酸化には二次
の２つのタイプのあることが知られている。すなわち、 ■高融点金属シリサイドのシリコン含有量が少ない場合
には、シリサイド中の高融点金属そのものが酸化される
。そして、この高融点金属酸化物は、通常、揮発性を有
するために、酸化の程度が激しいと、シリサイド層中に
空洞を生じたり、あるいは剥離を生じたりする。

■高融点金属シリサイドのシリコン含有量が多い場合に
は、多結晶シリコン層のシリコンがシリサイド中に拡散
され、シリサイド層表面にシリコン酸化膜を形成する。

そして、酸化の程度が激しいと、多結晶シリコン層のシ
リコンが多量しかも不均一に消費されて、ゲート自体が
不必要に湾曲されることになる。

従って、酸化の程度が激しいと、上記の、■の何れの場
合にあっても、ポリサイドゲートの表面が荒れたり、剥
離したりし、また、そのシート抵抗が高くなり、さらに
、ゲート絶縁膜ｌがダメージを受けて、ゲート絶縁膜１
の耐圧が低下するに至るものであった。

上述した従来の方法では、層間絶縁膜として、ＰＳＧ、
ＢＳＧ、ＢＰＳＧなどの酸化種に対する阻止作用の小さ
い膜を用いているために、酸化性雰囲気中での熱処理時
にポリサイドゲートが激しく酸化されて、表面の荒れ、
剥離とか、シート抵抗の上昇、ゲート耐圧の低下などを
きたすという問題があった。

このような問題を解決するために、特開昭６３−５００
４３号公報に記載されている方法が提案された。第５図
は、この方法を適用した層間絶縁膜を有する半導体装置
の要部構成を示す断面図である。

第５図において、１１はゲート絶縁膜、１２および１３
はゲート絶縁膜１１上に順次に形成された多結晶シリコ
ン層および高融点金属シリサイド層で、高融点金属シリ
サイド層１３は、ここでは、タングステンシリサイド層
である。上記両層１２１３によりポリサイドゲート電極
を構成する。

また、１４は電界効果トランジスタのソース・ドレイン
となる不純物拡散層、１５は上記の層、膜を覆う第１の
層間絶縁膜で、層間絶縁膜１５は、ここでは、ＢＰＳＣ
層である。また、１６は層間絶縁１１１１５の上の金属
配線層、１７はタングステンシリサイド層１３と第１の
層間絶縁膜１５との間に形成され、酸化作用に対して保
護膜となる第２の層間絶縁膜で、層間絶縁膜１７は、こ
こでは、不純物を含まないシリコン酸化膜である。さら
に、１８はシリコン窒化膜である。

しかして、第５図の構成の場合、第２の層間絶縁膜であ
る不純物を含まないシリコン酸化膜１７とシリコン窒化
膜１８は、第１の層間絶縁膜である上層のＢＰＳＧ層１
５層比５するとき、酸化種に対する拡散係数が充分に小
さいことから、酸化性雰囲気中での熱処理時における酸
化種の拡散を効果的に抑制し得て、ポリサイドゲート電
極１２１３の酸化を緩和し、ポリサイドゲート表面の荒
れ、剥離とか、シート抵抗の上昇、ゲート絶縁膜の耐圧
低下などを防止できる。

そしてまた、このシリコン酸化膜１７とシリコン窒化膜
１８は、膜厚の和がせいぜい１０００人〜２０００人程
度もあれば、酸化に対する保護膜として作用し得るため
、第１の層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１５の膜厚を充分
に厚くできて、この酸化性雰囲気中での熱処理により、
良好なだれを生じさせることが可能で、熱処理後の平坦
性が、第１番目に述べた従来例と同程度に得られるので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第２番目に述べた従来方法では、層間絶縁膜としてシリ
コン酸化膜１７とシリコン窒化膜１８の２層とその上の
ＢＰＳ（４１５とを用いたので、配線となるアルミニウ
ムとシリコン基板とのコンタクトを得るためのコンタク
ト孔を開けると、その断面は、第６図に示すように、シ
リコン窒化膜１８が張り出す形状となる。この原因は、
コンタクト孔を開ける際のエツチングにおいて、ＢＰＳ
Ｇ膜１５やシリコン酸化膜１７のエツチングレートがシ
リコン窒化膜１８のそれよりも大きくなってしまい、ど
うしてもシリコン窒化膜が残ってしまうことにある。従
って、コンタクト孔を開けた後、金属配線層１６をスパ
ッタ法で堆積すると、シリコン窒化膜１８の張り出し部
１９のところで被覆性が悪くなり、コンタクト不良を発
生するという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、十分にリフローしてもゲート絶
縁膜の耐圧が劣化せず、かつ、コンタクト孔におけるコ
ンタクト不良を生じない層間絶縁膜を形成できる半導体
装置の製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明は、高融点金属
または高融点金属シリサイドとこれを覆う層間絶縁膜と
の間に酸化によって層間絶縁膜と同しエツチングレート
の絶縁膜に変化する薄膜を形成し、層間絶縁膜の形成後
に酸化性雰囲気中で熱処理することにより層間絶縁膜を
平坦化するとともに薄膜を酸化膜に変化させるようにし
たものである。

〔作用〕

本発明による半導体装置の製造方法においては、酸化性
雰囲気中での熱処理時における酸化種の拡散が効果的に
抑制され、金属配″ａ層の被覆性を悪化させるようなコ
ンタクト孔側壁の張り出し部を生じることがない。

〔実施例〕

以下、本発明による半導体装置の製造方法の実施例を図
を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための半導体装
置要部構成の断面図である。同図（ａ）において、２１
はゲート絶縁膜、２２および２３はゲート絶縁膜２１上
に順次形成された多結晶シリコン層および高融点金属シ
リサイド層で、高融点金属シリサイド層２３は、ここで
は、タングステンシリサイド層である。そして上記両層
２２．２３はポリサイドゲート電極を構成する。また、
２４は電界効果トランジスタのソース・ドレインとなる
不純物拡散層、２５は上記の層、膜を覆う層間絶縁膜、
２６はタングステンシリサイド層２３と層間絶縁膜２５
との間に形成され、酸化すると層間絶縁膜２５と同じエ
ツチングレートの絶縁膜に変化する薄膜で、薄Ｍ２６は
、ここでは、不純物を含まない高抵抗の多結晶シリコン
層である。また、２７は多結晶シリコン層２６の下のシ
リコン酸化膜である。

しかして、第１図の半導体装置の構成の場合、薄膜であ
る不純物を含まない多結晶シリコン層２６は、酸化性雰
囲気中での熱処理時における酸化種をほとんど消費して
、シリコン酸化膜２８に変化する（第１図（ｂ）参照）
。その際に、多結晶シリコンＮ２６は、下方には酸化種
をほとんど通過させないので、ポリサイドゲート電極２
２．２３の酸化を緩和し、ポリサイドゲート表面の荒れ
、剥離やゲート絶縁膜の絶縁耐圧の低下などを防止でき
る。

そしてまた、上記多結晶シリコン層２６が変化してでき
たシリコン酸化膜２８は、当然ながら、その上の層間絶
縁膜であるＢＰＳＧ層２５中２５シリコン酸化膜２７と
同じエツチングレートを持っているため、金属配線層２
９とシリコン基板表面の拡散層２４とのコンタクトをと
るための孔を開ける際に金属配線層２９の被覆性を悪く
するような張り出し部を生じることはない（第３図参照
）第１図では、タングステンシリサイド層２３とＢＰＳ
Ｇ層２５上２５に多結晶シリコン層２６とシリコン酸化
膜２７を設けたが、第２図（ａｌに示すように、シリコ
ン酸化膜がなくても同様の効果が得られる。この場合、
酸化性熱処理で第２図（ｂ）のようになる。なお、第２
図において第１図と同−部分又は相当部分には同一符号
が付しである。

また、上記実施例では、酸化性熱処理によってシリコン
酸化膜に変わる膜として多結晶シリコン膜を用いたが、
これは単結晶シリコンでもアモルファスシリコンでも、
シリコン元素で構成される膜ならなんでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、高融点金属または高融点
金属シリサイドとこれを覆う層間絶縁膜との間に酸化に
よって層間絶縁膜と同じエツチングレートの絶縁膜に変
化する薄膜を形威し、層間絶縁膜の形成後に酸化性雰囲
気中で熱処理することにより層間絶縁膜を平坦化すると
ともに薄膜を酸化膜に変化させるようにしたことにより
、酸化性雰囲気中での熱処理時における酸化種を上記薄
膜中で消費し、その拡散を効果的に抑制できるので、高
融点金属または高融点金属シリサイド層の酸化を緩和し
、その表面の荒れとか剥離、それにシート抵抗の上昇、
ゲート絶縁膜の耐圧劣化などを効果的かつ良好に防止で
きる効果がある。

しかも、酸化性雰囲気中での熱処理後のコンタクト孔を
開ける際には、上記薄膜と層間絶縁膜とは同じエツチン
グレートを持つため、金属配線層の被覆性を悪化させる
ようなコンタクト孔側壁の張り出し部を生じることがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による半導体装置の製造方
法の第１の実施例および第２の実施例を説明するための
断面図、第３図は第１図の実施例におけるコンタクト孔
を示す断面図、第４図および第５図は従来の製造方法が
適用された半導体装置を示す断面図、第６図は第５図の
半導体装置におけるコンタクト孔を示す断面図である。 ２１・・・ゲート絶縁膜、２２．２６・・・多結晶シリ
コン層、２３・・・タングステンシリサイド層、２４・
・・不純物拡散層、２５・・・ＢＰＳＧ層、２７．２８
・・・シリコン酸化膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高融点金属または高融点金属シリサイドを使用する半
   導体装置の製造方法において、前記高融点金属または高
   融点金属シリサイドとこれを覆う層間絶縁膜との間に酸
   化によって前記層間絶縁膜と同じエッチングレートの絶
   縁膜に変化する薄膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜
   の形成後に酸化性雰囲気中で熱処理することにより前記
   層間絶縁膜を平坦化するとともに前記薄膜を酸化膜に変
   化させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
   造方法。