JPH04266028A - 半導体集積回路の製造方法 - Google Patents
半導体集積回路の製造方法Info
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- JPH04266028A JPH04266028A JP30561091A JP30561091A JPH04266028A JP H04266028 A JPH04266028 A JP H04266028A JP 30561091 A JP30561091 A JP 30561091A JP 30561091 A JP30561091 A JP 30561091A JP H04266028 A JPH04266028 A JP H04266028A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導体間に絶縁体層が設
けられる半導体集積回路の製造方法に関する。
けられる半導体集積回路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】典型的な集積回路の製造方法は、基板上
へのキャパシタやトランジスタなどの様々な要素の形成
と、それに続いてそれら要素を絶縁層でカバーすること
からなる。絶縁層は、要素やデバイスを互いに電気的に
絶縁したり、その上に設けられる金属やポリシリコンな
どからなる「ランナー」と呼ばれる導線の支持、絶縁を
行うといった様々な働きをする。一般に、ランナーは回
路内の個々のデバイスを接続する働きをする。今日の集
積回路はしばしば複数のランナー層を有し、各ランナー
層は他の層と絶縁層によって分離されており、全てのラ
ンナー層は基板の中または基板上に形成されたトランジ
スタやコンデンサといった要素の列の上に設けられる。
へのキャパシタやトランジスタなどの様々な要素の形成
と、それに続いてそれら要素を絶縁層でカバーすること
からなる。絶縁層は、要素やデバイスを互いに電気的に
絶縁したり、その上に設けられる金属やポリシリコンな
どからなる「ランナー」と呼ばれる導線の支持、絶縁を
行うといった様々な働きをする。一般に、ランナーは回
路内の個々のデバイスを接続する働きをする。今日の集
積回路はしばしば複数のランナー層を有し、各ランナー
層は他の層と絶縁層によって分離されており、全てのラ
ンナー層は基板の中または基板上に形成されたトランジ
スタやコンデンサといった要素の列の上に設けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】半導体産業では、流動
性イオンによる汚染がしばしば問題となる。アルカリ金
属イオン、特にナトリウムイオンのような流動性イオン
が製造中に何らかの理由で、ランナーを分離する絶縁層
にしばしば侵入するのである。MOSFETデバイスで
は、これらのイオンは最終的に基板に移動し、デバイス
間の絶縁またはデバイスのスレッシホールド電圧に悪影
響を及ぼす。
性イオンによる汚染がしばしば問題となる。アルカリ金
属イオン、特にナトリウムイオンのような流動性イオン
が製造中に何らかの理由で、ランナーを分離する絶縁層
にしばしば侵入するのである。MOSFETデバイスで
は、これらのイオンは最終的に基板に移動し、デバイス
間の絶縁またはデバイスのスレッシホールド電圧に悪影
響を及ぼす。
【0004】流動性イオン(特にナトリウム)による汚
染の考え得る原因は多数存在し、その全てが完全にわか
っているわけではない。可能性のある汚染の一つの原因
は、レベル間の絶縁体を平らにするための平坦化もしく
はエッチバックのプロセスである。すぐ上のレベルの金
属層または絶縁層の形成に伴う問題を緩和するために、
レベル間絶縁層は平坦化されるか少なくとも平滑化され
る。
染の考え得る原因は多数存在し、その全てが完全にわか
っているわけではない。可能性のある汚染の一つの原因
は、レベル間の絶縁体を平らにするための平坦化もしく
はエッチバックのプロセスである。すぐ上のレベルの金
属層または絶縁層の形成に伴う問題を緩和するために、
レベル間絶縁層は平坦化されるか少なくとも平滑化され
る。
【0005】レベル1の絶縁体として三価のリンをドー
プした二酸化ケイ素を使うことが試みられた。これは、
三価のリンをドープした二酸化ケイ素は流動性イオンが
基板に達するのを防ぐと信じてのことである。しかし、
デバイス間の絶縁及びスレッシホールド電圧のシフトの
問題は依然として多層の金属層を有する半導体集積回路
を製造する技術において生じる。
プした二酸化ケイ素を使うことが試みられた。これは、
三価のリンをドープした二酸化ケイ素は流動性イオンが
基板に達するのを防ぐと信じてのことである。しかし、
デバイス間の絶縁及びスレッシホールド電圧のシフトの
問題は依然として多層の金属層を有する半導体集積回路
を製造する技術において生じる。
【0006】本発明は、流動性イオン汚染を防止して、
汚染によるデバイス間絶縁及びスレッシホールド電圧の
シフトの問題を生じない半導体集積回路の製造方法を提
供することを目的とする。
汚染によるデバイス間絶縁及びスレッシホールド電圧の
シフトの問題を生じない半導体集積回路の製造方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、積み重
ねられた少なくとも3つの絶縁層を形成するステップと
、第3の絶縁層をエッチバックするステップとからなる
。
ねられた少なくとも3つの絶縁層を形成するステップと
、第3の絶縁層をエッチバックするステップとからなる
。
【0008】本発明は、、第1の絶縁層と第3の絶縁層
にサンドウィッチされた流動性イオンの移動を禁止する
ことに役立つ第2の絶縁層を有することを特徴とする。 この第2の絶縁層は流動性イオンがシリコン基板に達す
るのを防ぐ働きをする。たとえ、ナトリウム自体や他の
流動性イオン汚染物自体が基板に侵入しなくとも、基板
におけるナトリウムで誘導されるイメージチャージはデ
バイスのパフォーマンスに悪影響を及ぼすので、第2の
絶縁層は基板に対して十分な高さに設けることが望まし
い。
にサンドウィッチされた流動性イオンの移動を禁止する
ことに役立つ第2の絶縁層を有することを特徴とする。 この第2の絶縁層は流動性イオンがシリコン基板に達す
るのを防ぐ働きをする。たとえ、ナトリウム自体や他の
流動性イオン汚染物自体が基板に侵入しなくとも、基板
におけるナトリウムで誘導されるイメージチャージはデ
バイスのパフォーマンスに悪影響を及ぼすので、第2の
絶縁層は基板に対して十分な高さに設けることが望まし
い。
【0009】
【実施例】図1において、絶縁層11は、電界効果トラ
ンジスタのゲート、ソース、ドレインをカバーするもの
であり、レベル1の絶縁層と呼ばれる。その下にあるデ
バイスの詳細な構成は、説明を簡単にするために省略し
ている。13、15、17は、絶縁層11の上に設けら
れた導電性のランナーである。ランナー13、15、1
7は例えばアルミニウムのような金属や、ポリシリコン
のような導電物質から出来ている。ランナー13、15
、17の下側には能動トランジスタ領域または他のラン
ナーがあり、これらとランナー13、15、17とを接
続するウィンドウまたはバイアスが設けられているが、
図を簡単にするために省略している。
ンジスタのゲート、ソース、ドレインをカバーするもの
であり、レベル1の絶縁層と呼ばれる。その下にあるデ
バイスの詳細な構成は、説明を簡単にするために省略し
ている。13、15、17は、絶縁層11の上に設けら
れた導電性のランナーである。ランナー13、15、1
7は例えばアルミニウムのような金属や、ポリシリコン
のような導電物質から出来ている。ランナー13、15
、17の下側には能動トランジスタ領域または他のラン
ナーがあり、これらとランナー13、15、17とを接
続するウィンドウまたはバイアスが設けられているが、
図を簡単にするために省略している。
【0010】絶縁層21はランナー13、15、17を
カバーし、かつそれらの間のスペースを埋めている。絶
縁層21には二酸化ケイ素を使用することができる。二
酸化ケイ素は絶縁体21のようなレベル間絶縁体として
使用するために堆積されるが、この堆積は種々のガス源
による化学蒸着(CVD)プロセスで行われる。堆積は
大気圧下または低圧下で行うことができるが、プラズマ
で強化するようにしても良い。絶縁層21は、シランに
より形成するようにしても良い。また、略語「TEOS
」の四価エトキシシリコン化合物(Si(OC2H5)
4)、略語「TMOS」の四価メトキシシリコン化合物
(Si(OCH)4)、略語「DADBS」の二価アセ
トキシ二価第三ブトキシシリコン化合物(C10H26
O4Si)、「エアプロダクツ・アンド・ケミカルズ」
社から登録商標「TOMCATS」として販売されてい
る略語「TMCTS」の四価メチルシクロ四価サイロク
サン(C4H16Si4O4)のような先端的有機シリ
コン化合物で絶縁層21を作ってもよい。他の先端的物
質や他のプロセスを色々な組合せで使ってもよい。前述
したように、絶縁層21は三価のリンを含んでいてもよ
い。
カバーし、かつそれらの間のスペースを埋めている。絶
縁層21には二酸化ケイ素を使用することができる。二
酸化ケイ素は絶縁体21のようなレベル間絶縁体として
使用するために堆積されるが、この堆積は種々のガス源
による化学蒸着(CVD)プロセスで行われる。堆積は
大気圧下または低圧下で行うことができるが、プラズマ
で強化するようにしても良い。絶縁層21は、シランに
より形成するようにしても良い。また、略語「TEOS
」の四価エトキシシリコン化合物(Si(OC2H5)
4)、略語「TMOS」の四価メトキシシリコン化合物
(Si(OCH)4)、略語「DADBS」の二価アセ
トキシ二価第三ブトキシシリコン化合物(C10H26
O4Si)、「エアプロダクツ・アンド・ケミカルズ」
社から登録商標「TOMCATS」として販売されてい
る略語「TMCTS」の四価メチルシクロ四価サイロク
サン(C4H16Si4O4)のような先端的有機シリ
コン化合物で絶縁層21を作ってもよい。他の先端的物
質や他のプロセスを色々な組合せで使ってもよい。前述
したように、絶縁層21は三価のリンを含んでいてもよ
い。
【0011】例えば「TEOS層の堆積」という表現は
、当業者間では、リアクタ内でTEOSを分解すること
により絶縁層を堆積するという意味に理解されている。 このプロセスは、必要に応じてプラズマにより強化して
行われ、その結果出来るものは「PETEOS」と呼ば
れる。例えばDADBSやTMCTSなどを利用するプ
ロセスにも、これと同様の表現が使われる。このプロセ
スには、三フッ化窒素またはオゾンを使用しても良い。 多段階堆積及びエッチバックを行う堆積プロセスもある
。
、当業者間では、リアクタ内でTEOSを分解すること
により絶縁層を堆積するという意味に理解されている。 このプロセスは、必要に応じてプラズマにより強化して
行われ、その結果出来るものは「PETEOS」と呼ば
れる。例えばDADBSやTMCTSなどを利用するプ
ロセスにも、これと同様の表現が使われる。このプロセ
スには、三フッ化窒素またはオゾンを使用しても良い。 多段階堆積及びエッチバックを行う堆積プロセスもある
。
【0012】絶縁層21の上表面22は一般に平坦では
ない。なぜなら、付着した絶縁体は下にある凹凸形状を
写し取ったような表面22を形成する傾向にあるからで
ある。よって、表面22はランナー13、15、17の
上の部分ではやや高く、ランナーのすき間の上部分では
やや低くなっている。
ない。なぜなら、付着した絶縁体は下にある凹凸形状を
写し取ったような表面22を形成する傾向にあるからで
ある。よって、表面22はランナー13、15、17の
上の部分ではやや高く、ランナーのすき間の上部分では
やや低くなっている。
【0013】金属や絶縁体などの堆積を引き続いて比較
的平らな表面の上に行えるように絶縁層21の上表面2
2を平滑化、平坦化することがしばしば望ましい。そう
やって、堆積を平滑でない表面や波うった表面に行おう
とする時に起きるステップカバリッジの問題を避ける。 表面22の平坦化はこの技術分野において良く知られた
種々の方法により行われる。
的平らな表面の上に行えるように絶縁層21の上表面2
2を平滑化、平坦化することがしばしば望ましい。そう
やって、堆積を平滑でない表面や波うった表面に行おう
とする時に起きるステップカバリッジの問題を避ける。 表面22の平坦化はこの技術分野において良く知られた
種々の方法により行われる。
【0014】多くの平坦化技術は流動性イオン汚染の恐
れを伴う。ある平坦化方法ではレジストを使用する。レ
ジストが表面22上に付着され、スピニングによって平
坦化される。それから、レジストとその下の絶縁体両方
をほぼ同じ割合で削り取るプロセスによってその両方が
エッチングされる。不運なことに、多くのレジストはナ
トリウムの豊富な源である。結果として、レジストーエ
ッチバック平坦化プロセスは流動性イオン汚染につなが
る。
れを伴う。ある平坦化方法ではレジストを使用する。レ
ジストが表面22上に付着され、スピニングによって平
坦化される。それから、レジストとその下の絶縁体両方
をほぼ同じ割合で削り取るプロセスによってその両方が
エッチングされる。不運なことに、多くのレジストはナ
トリウムの豊富な源である。結果として、レジストーエ
ッチバック平坦化プロセスは流動性イオン汚染につなが
る。
【0015】他の平坦化技術では、絶縁層21の上表面
22を反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチ
ングする。RIEエッチバック平坦化はレジストを使用
しないが、多くの従来のRIEプロセスはナトリウムイ
オンの侵入を許すように見受けられる。
22を反応性イオンエッチング(RIE)によりエッチ
ングする。RIEエッチバック平坦化はレジストを使用
しないが、多くの従来のRIEプロセスはナトリウムイ
オンの侵入を許すように見受けられる。
【0016】結果として、最も良いと思うなんらかのプ
ロセスで絶縁層21を平坦化またはエッチバックした後
に、絶縁層21の上表面22からナトリウムを取り除く
のにウェットクリーニングを行う。例えば、あるウェッ
トクリーニングでは、もしランナー13、15、17が
金属で絶縁体平坦化後に表面に出ているのなら8対1の
割合のエチレングリコールと緩衝フッ化水素を使い、ラ
ンナーが表面に出ていないのなら100対1の水とフッ
化水素を使う。
ロセスで絶縁層21を平坦化またはエッチバックした後
に、絶縁層21の上表面22からナトリウムを取り除く
のにウェットクリーニングを行う。例えば、あるウェッ
トクリーニングでは、もしランナー13、15、17が
金属で絶縁体平坦化後に表面に出ているのなら8対1の
割合のエチレングリコールと緩衝フッ化水素を使い、ラ
ンナーが表面に出ていないのなら100対1の水とフッ
化水素を使う。
【0017】ウェットクリーニングは、いたるところに
存在するナトリウムを取り除くには望ましい一方で、あ
る危険を伴う。絶縁層21を形成するために使われたC
VDプロセスの多くは、ランナーの隙間の部分を完全に
埋めはしない。ランナー13と15のように二つのラン
ナーが接近して配置されている場合、色々な不完全部2
3、25が、ランナー対13ー15、15ー17の隙間
部分の絶縁層21内に現れる。これら不完全部はボイド
であり、軟酸化物領域と呼ばれる。軟酸化物領域は明ら
かに固体酸化物領域であり、例えば前述したウェットク
リーニングの間に、特にエッチングによる傷を受け易い
。そのため、もし軟酸化物領域23がランナー13と1
5の隙間部分にあるときは、ウェットクリーニングはそ
の軟酸化物領域23を特に狙って攻撃し、その結果絶縁
層21内に溝が出来る。さらにウェットクリーニングを
続けると、ランナー13と15の隙間部分で下へ向けて
溝が延びていくことになる。溝は、結果として出来る上
表面の滑らかな形状を損ねることになり、引続き行われ
る絶縁体または金属の堆積が困難となるため望ましくな
い。
存在するナトリウムを取り除くには望ましい一方で、あ
る危険を伴う。絶縁層21を形成するために使われたC
VDプロセスの多くは、ランナーの隙間の部分を完全に
埋めはしない。ランナー13と15のように二つのラン
ナーが接近して配置されている場合、色々な不完全部2
3、25が、ランナー対13ー15、15ー17の隙間
部分の絶縁層21内に現れる。これら不完全部はボイド
であり、軟酸化物領域と呼ばれる。軟酸化物領域は明ら
かに固体酸化物領域であり、例えば前述したウェットク
リーニングの間に、特にエッチングによる傷を受け易い
。そのため、もし軟酸化物領域23がランナー13と1
5の隙間部分にあるときは、ウェットクリーニングはそ
の軟酸化物領域23を特に狙って攻撃し、その結果絶縁
層21内に溝が出来る。さらにウェットクリーニングを
続けると、ランナー13と15の隙間部分で下へ向けて
溝が延びていくことになる。溝は、結果として出来る上
表面の滑らかな形状を損ねることになり、引続き行われ
る絶縁体または金属の堆積が困難となるため望ましくな
い。
【0018】この発明は、平坦化が引き起こすナトリウ
ム汚染の脅威を減らすのを助け、また欠陥23や25が
ある場合に行うと危険を伴うことになるウェットクリー
ニングの必要性をなくする。
ム汚染の脅威を減らすのを助け、また欠陥23や25が
ある場合に行うと危険を伴うことになるウェットクリー
ニングの必要性をなくする。
【0019】図1において、この技術の当業者なら良く
知っている方法によって、典型的には約8000±40
00オングストロームの望ましい薄さで、前述した源ガ
スの一つにより堆積して、絶縁層21は形成される。さ
らに、欠陥を埋めるのを助けるために、グラス上スピン
すなわちPETEOSによりB2O3の堆積を引き続い
て行っても良い。一般的に言えば、どんな方法を使うの
であれ、ランナー間のスペースを完全無欠に埋めるまで
しなくても良いのであって、合理的に埋めるのが望まし
い。
知っている方法によって、典型的には約8000±40
00オングストロームの望ましい薄さで、前述した源ガ
スの一つにより堆積して、絶縁層21は形成される。さ
らに、欠陥を埋めるのを助けるために、グラス上スピン
すなわちPETEOSによりB2O3の堆積を引き続い
て行っても良い。一般的に言えば、どんな方法を使うの
であれ、ランナー間のスペースを完全無欠に埋めるまで
しなくても良いのであって、合理的に埋めるのが望まし
い。
【0020】ここでは、平坦化エッチバック工程やウェ
ットクリーニング工程は必要ではない。その後、絶縁層
27が堆積される。絶縁層27は例えば、強化プラズマ
化学蒸着法や、低圧化学蒸着法などのような他の方法(
両方ともこの技術の当業者の間では良く知られている)
により堆積された窒化ケイ素である。絶縁層27の厚さ
は2000±500オングストロームぐらいが望ましい
。絶縁層27が窒化ケイ素の場合、ほぼ1000オング
ストロームの厚さが限界性能を示すことが、出願人によ
るテストから分かった。また絶縁層27は、2%から7
%の重量パーセントの三価のリンをドープしたTEOS
の層でもよい。一般的に絶縁層27は、ナトリウムバリ
アとして働くのなら、他のどんな低温下形成フィルムで
もよい。
ットクリーニング工程は必要ではない。その後、絶縁層
27が堆積される。絶縁層27は例えば、強化プラズマ
化学蒸着法や、低圧化学蒸着法などのような他の方法(
両方ともこの技術の当業者の間では良く知られている)
により堆積された窒化ケイ素である。絶縁層27の厚さ
は2000±500オングストロームぐらいが望ましい
。絶縁層27が窒化ケイ素の場合、ほぼ1000オング
ストロームの厚さが限界性能を示すことが、出願人によ
るテストから分かった。また絶縁層27は、2%から7
%の重量パーセントの三価のリンをドープしたTEOS
の層でもよい。一般的に絶縁層27は、ナトリウムバリ
アとして働くのなら、他のどんな低温下形成フィルムで
もよい。
【0021】絶縁層27が形成された後、さらに絶縁層
29が堆積やその他当業者に知られた方法によって形成
される。必ずしも必要ではないが、典型的には絶縁層2
9は絶縁層21と同じ物質で形成される。典型的には、
絶縁層29の望ましい厚さは1.5±0.5マイクロメ
ートルである。
29が堆積やその他当業者に知られた方法によって形成
される。必ずしも必要ではないが、典型的には絶縁層2
9は絶縁層21と同じ物質で形成される。典型的には、
絶縁層29の望ましい厚さは1.5±0.5マイクロメ
ートルである。
【0022】図2において、絶縁層31は、フォトレジ
スト平坦化またはリアクティブイオンエッチング(RI
E)を含む当業者によく知られた技術によりエッチバッ
クされた後の絶縁層29である。ランナー上にある絶縁
層27の上方の絶縁体を少なくとも1000オングスト
ローム残すようなエッチバックが良い。どんな技術を使
っても、31で示す上側絶縁体の比較的平坦な上表面3
2が作り出される。平坦な表面32は、さらなる上レベ
ルのランナー形成をする場合には、そのための便利なプ
ラットホームになる。従って、引き続くプロセスは、バ
イアスの作製とランナーの形成を含む。絶縁層27の存
在は、平坦化プロセスの間に入り込む流動性イオンが絶
縁体21の中へ侵入するのを防ぐことになる。絶縁層2
7が流動性イオンの侵入を防ぐ正確なメカニズムは、完
全には分かっていない。絶縁層27が三価のリンをドー
プしたTEOS(P−PETEOS)の場合、絶縁層2
7は捕獲者として働くということができる。絶縁層27
が窒化ケイ素の場合は流動性イオン侵入のバリアとして
働く。
スト平坦化またはリアクティブイオンエッチング(RI
E)を含む当業者によく知られた技術によりエッチバッ
クされた後の絶縁層29である。ランナー上にある絶縁
層27の上方の絶縁体を少なくとも1000オングスト
ローム残すようなエッチバックが良い。どんな技術を使
っても、31で示す上側絶縁体の比較的平坦な上表面3
2が作り出される。平坦な表面32は、さらなる上レベ
ルのランナー形成をする場合には、そのための便利なプ
ラットホームになる。従って、引き続くプロセスは、バ
イアスの作製とランナーの形成を含む。絶縁層27の存
在は、平坦化プロセスの間に入り込む流動性イオンが絶
縁体21の中へ侵入するのを防ぐことになる。絶縁層2
7が流動性イオンの侵入を防ぐ正確なメカニズムは、完
全には分かっていない。絶縁層27が三価のリンをドー
プしたTEOS(P−PETEOS)の場合、絶縁層2
7は捕獲者として働くということができる。絶縁層27
が窒化ケイ素の場合は流動性イオン侵入のバリアとして
働く。
【0023】前述した平坦化ステップの後に面32の付
近からナトリウムイオン汚染を取り除くためのウェット
クリーニング工程は必要ない。絶縁層27の存在のおか
げで、絶縁層21へのナトリウム侵入の恐れもなくウェ
ットクリーニングステップを省くことができる。ウェッ
トクリーニングによって作られる酸化物内の溝の問題も
これで避けられる。さらに、絶縁層21、31にサンド
ウィッチされている絶縁層27の位置は、下にあるシリ
コン基板でイメージチャージが誘導されるのを防ぐこと
においても重要である。
近からナトリウムイオン汚染を取り除くためのウェット
クリーニング工程は必要ない。絶縁層27の存在のおか
げで、絶縁層21へのナトリウム侵入の恐れもなくウェ
ットクリーニングステップを省くことができる。ウェッ
トクリーニングによって作られる酸化物内の溝の問題も
これで避けられる。さらに、絶縁層21、31にサンド
ウィッチされている絶縁層27の位置は、下にあるシリ
コン基板でイメージチャージが誘導されるのを防ぐこと
においても重要である。
【0024】すなわち、絶縁層21、31の相対的厚さ
が重要であることがわかった。絶縁層21、27、29
の厚さ合計を1.2マイクロメートルに固定しながら、
絶縁層21の厚さを0.2マイクロメートル、0.5マ
イクロメートル、0.8マイクロメートルと変えていく
一方で、絶縁層29の厚さを0.8マイクロメートル、
0.5マイクロメートル、0.2マイクロメートルと変
えることにより、個々のウェハーを使って一連の実験を
行った。絶縁層27は厚さ0.2マイクロメートルの窒
化ケイ素である。エッチバックを実行しなかったが、フ
ォトレジストの堆積とオゾン中でのフォトレジストのア
ッシングによって絶縁層29の上面にナトリウムが侵入
した。TVS(「三角波電圧スウィープ」)テストが、
絶縁層21内の流動性イオン汚染を検出するために行わ
れた。TVSテストは、米国特許第4,950,977
号明細書に開示されている。最小量のイオン流が、絶縁
層21の厚さが0.8マイクロメートルのサンプルで見
つかった。絶縁層27の上表面やその付近にナトリウム
イオンが存在すると、シリコン基板内と絶縁層31の上
面に配置される金属ランナー内にイメージチャージが誘
導されるという説がある。シリコン基板内に見られるイ
メージチャージの量は、絶縁層31の厚さを絶縁層の上
にある金属ランナーとシリコン基板のとの間にある絶縁
体の厚さの合計で割った値にほぼ比例する。基板内に誘
導されたイメージチャージは、前述したデバイス間の絶
縁性の問題及びスレッシホールド電圧のシフトの問題に
関与する。レベル1の絶縁層11が三価のリンでドープ
したガラスであったとしても、イメージチャージ現象は
前述した問題を引き起こす。
が重要であることがわかった。絶縁層21、27、29
の厚さ合計を1.2マイクロメートルに固定しながら、
絶縁層21の厚さを0.2マイクロメートル、0.5マ
イクロメートル、0.8マイクロメートルと変えていく
一方で、絶縁層29の厚さを0.8マイクロメートル、
0.5マイクロメートル、0.2マイクロメートルと変
えることにより、個々のウェハーを使って一連の実験を
行った。絶縁層27は厚さ0.2マイクロメートルの窒
化ケイ素である。エッチバックを実行しなかったが、フ
ォトレジストの堆積とオゾン中でのフォトレジストのア
ッシングによって絶縁層29の上面にナトリウムが侵入
した。TVS(「三角波電圧スウィープ」)テストが、
絶縁層21内の流動性イオン汚染を検出するために行わ
れた。TVSテストは、米国特許第4,950,977
号明細書に開示されている。最小量のイオン流が、絶縁
層21の厚さが0.8マイクロメートルのサンプルで見
つかった。絶縁層27の上表面やその付近にナトリウム
イオンが存在すると、シリコン基板内と絶縁層31の上
面に配置される金属ランナー内にイメージチャージが誘
導されるという説がある。シリコン基板内に見られるイ
メージチャージの量は、絶縁層31の厚さを絶縁層の上
にある金属ランナーとシリコン基板のとの間にある絶縁
体の厚さの合計で割った値にほぼ比例する。基板内に誘
導されたイメージチャージは、前述したデバイス間の絶
縁性の問題及びスレッシホールド電圧のシフトの問題に
関与する。レベル1の絶縁層11が三価のリンでドープ
したガラスであったとしても、イメージチャージ現象は
前述した問題を引き起こす。
【0025】下部のシリコン基板と上部の金属ランナー
の間の(ナトリウムがたまる場所である絶縁層27の内
部や上面のような)インターフェイスの相対位置が重要
なパラメータであることがさらなる研究からわかった。 所定レベルの汚染に対しては、そのインターフェイス部
はシリコン基板から十分遠く、上部金属ランナーに近く
なくてはならない。そうすると、ほとんどのイメージチ
ャージはランナー内に現れ、回路の性能を落とすシリコ
ン基板内のイメージチャージはわずかである。
の間の(ナトリウムがたまる場所である絶縁層27の内
部や上面のような)インターフェイスの相対位置が重要
なパラメータであることがさらなる研究からわかった。 所定レベルの汚染に対しては、そのインターフェイス部
はシリコン基板から十分遠く、上部金属ランナーに近く
なくてはならない。そうすると、ほとんどのイメージチ
ャージはランナー内に現れ、回路の性能を落とすシリコ
ン基板内のイメージチャージはわずかである。
【0026】図1において、絶縁層21は、三価のリン
でドープされたガラスか窒素化合物である。しかし、ド
ープされてないガラスはステップカバリッジの問題に対
して優れているので、それを使う方が望ましい。
でドープされたガラスか窒素化合物である。しかし、ド
ープされてないガラスはステップカバリッジの問題に対
して優れているので、それを使う方が望ましい。
【0027】図3において、絶縁層11及びこれの上に
あるランナー13、15、17が描かれている。絶縁層
21はランナー13、15、17をカバーするが、潜在
的な不完全部分23、25を持つ。絶縁層33、35は
絶縁層21の上表面に形成されている。絶縁層33は窒
化ケイ素であり、約0.1±0.05マイクロメートル
の厚さを持つ。一方、絶縁層35は三価のリンでドープ
されたTEOSであり、約0.1±0.05マイクロメ
ートルの厚さを持つ。絶縁層21の厚さは約0.8±0
.1マイクロメートルであり、、平坦化前の絶縁層37
の厚さは約1.5±0.5マイクロメートルである。 平坦化された絶縁層37は絶縁層35の上に形成される
。絶縁層33、35の順番は逆でもよい。図3の実施例
では、二つの分離した絶縁層33、35が形成されてい
る。
あるランナー13、15、17が描かれている。絶縁層
21はランナー13、15、17をカバーするが、潜在
的な不完全部分23、25を持つ。絶縁層33、35は
絶縁層21の上表面に形成されている。絶縁層33は窒
化ケイ素であり、約0.1±0.05マイクロメートル
の厚さを持つ。一方、絶縁層35は三価のリンでドープ
されたTEOSであり、約0.1±0.05マイクロメ
ートルの厚さを持つ。絶縁層21の厚さは約0.8±0
.1マイクロメートルであり、、平坦化前の絶縁層37
の厚さは約1.5±0.5マイクロメートルである。 平坦化された絶縁層37は絶縁層35の上に形成される
。絶縁層33、35の順番は逆でもよい。図3の実施例
では、二つの分離した絶縁層33、35が形成されてい
る。
【0028】この発明はバイポーラ、BiCMOS、I
II−V技術においても適用可能であることが分かる。
II−V技術においても適用可能であることが分かる。
【0029】かつては、集積回路がほぼ完成した後に色
々なタイプの汚染が起きるのを防ぐために、窒素化合物
層が最終不活性層として用いられてきた。しかし、本願
での窒素化合物層の使用は新規であると考える。下位レ
ベルの形成の間に流動性イオンが侵入するのを防ぐこと
が、最終不活性層にはできない。ところが本発明では、
流動性イオン汚染に関する問題を取り除くことができる
。能動素子領域へのナトリウムイオンの侵入を防ぐのに
レベル1の絶縁体として三価のリンでドープされたガラ
スを使用することが知られているが、本出願での三価の
リンでドープされたガラスの使用は新規であると考える
。上のレベルのドープされてない絶縁体の中での流動性
イオン汚染によって基板内に誘導されるイメージチャー
ジもデバイスの性能に悪影響を与える。本発明において
は、ほとんどのイメージチャージは下部のシリコン基板
内ではなく上のレベルのランナー内に誘導されるので、
イメージチャージ問題は軽減される。
々なタイプの汚染が起きるのを防ぐために、窒素化合物
層が最終不活性層として用いられてきた。しかし、本願
での窒素化合物層の使用は新規であると考える。下位レ
ベルの形成の間に流動性イオンが侵入するのを防ぐこと
が、最終不活性層にはできない。ところが本発明では、
流動性イオン汚染に関する問題を取り除くことができる
。能動素子領域へのナトリウムイオンの侵入を防ぐのに
レベル1の絶縁体として三価のリンでドープされたガラ
スを使用することが知られているが、本出願での三価の
リンでドープされたガラスの使用は新規であると考える
。上のレベルのドープされてない絶縁体の中での流動性
イオン汚染によって基板内に誘導されるイメージチャー
ジもデバイスの性能に悪影響を与える。本発明において
は、ほとんどのイメージチャージは下部のシリコン基板
内ではなく上のレベルのランナー内に誘導されるので、
イメージチャージ問題は軽減される。
【0030】以上の実施例では、一つ以上のバリア層(
27、33、35)をサンドウィッチした三層の絶縁層
(21、27、31)あるいは四層の絶縁層(21、3
3、35、37)を基板11の上に形成した場合につい
て説明した。すなわち、第2の絶縁層またはそれより上
の絶縁層をサンドウィッチするようにしている。誘導さ
れるイメージチャージに対する保護が本発明によって可
能になったので、レベル1の絶縁層自体が流動性イオン
バリアを有するようにしても良いことがわかる。
27、33、35)をサンドウィッチした三層の絶縁層
(21、27、31)あるいは四層の絶縁層(21、3
3、35、37)を基板11の上に形成した場合につい
て説明した。すなわち、第2の絶縁層またはそれより上
の絶縁層をサンドウィッチするようにしている。誘導さ
れるイメージチャージに対する保護が本発明によって可
能になったので、レベル1の絶縁層自体が流動性イオン
バリアを有するようにしても良いことがわかる。
【0031】本発明はレベル1の絶縁層にも適用可能で
あり、この場合の実施例を以下に説明する。
あり、この場合の実施例を以下に説明する。
【0032】図4において、111は、シリコン、ドー
プされたシリコン、エピタキシャルシリコンなどの基板
である。112、114、116、118、120、1
22は、それぞれソース、ドレイン、ゲート酸化物、ゲ
ートコンダクタ、2つのゲートスペーサである。もちろ
ん他のデバイス形態にも適用可能である。121は、図
1乃至図3中の絶縁層21に類似する絶縁層である。絶
縁層121は、TEOS、他のシラン有機物、またはシ
ランで出来ている。絶縁層121は、低圧化学蒸着法(
LPCVD TEOS)または強化プラズマ堆積法(
PETEOS)により形成される。PETEOS堆積は
低温下で行うので、レベル2以上の絶縁層の形成に使う
のがよい。高温下で行うその他のプロセスを使うと、ア
ルミニウムのランナー上に有害な影響がしばしば出る。 絶縁層127は例えば、重量パーセントで4%の三価の
リンをドープしたTEOSの層、または窒化ケイ素の層
である。絶縁層121の厚さは例えば0.8±0.1マ
イクロメートルであり、絶縁層127の厚さは例えば2
000±500オングストロームである。
プされたシリコン、エピタキシャルシリコンなどの基板
である。112、114、116、118、120、1
22は、それぞれソース、ドレイン、ゲート酸化物、ゲ
ートコンダクタ、2つのゲートスペーサである。もちろ
ん他のデバイス形態にも適用可能である。121は、図
1乃至図3中の絶縁層21に類似する絶縁層である。絶
縁層121は、TEOS、他のシラン有機物、またはシ
ランで出来ている。絶縁層121は、低圧化学蒸着法(
LPCVD TEOS)または強化プラズマ堆積法(
PETEOS)により形成される。PETEOS堆積は
低温下で行うので、レベル2以上の絶縁層の形成に使う
のがよい。高温下で行うその他のプロセスを使うと、ア
ルミニウムのランナー上に有害な影響がしばしば出る。 絶縁層127は例えば、重量パーセントで4%の三価の
リンをドープしたTEOSの層、または窒化ケイ素の層
である。絶縁層121の厚さは例えば0.8±0.1マ
イクロメートルであり、絶縁層127の厚さは例えば2
000±500オングストロームである。
【0033】最後に、例えばTEOSの絶縁層131が
絶縁層127上に形成される。バリア層(絶縁層)12
1が存在するので、基板111への流動性イオン汚染の
危険性なく、絶縁層131に平坦化やエッチバックがな
される。その後、ランナーが絶縁層131の上に形成さ
れる。
絶縁層127上に形成される。バリア層(絶縁層)12
1が存在するので、基板111への流動性イオン汚染の
危険性なく、絶縁層131に平坦化やエッチバックがな
される。その後、ランナーが絶縁層131の上に形成さ
れる。
【0034】さらに、前述したように絶縁層121、1
27、131の厚さを選択したことにより、トランジス
タの動作にイメージチャージが干渉する可能性を軽減す
ることになる。前述したように、シリコン基板111内
に誘導されるイメージチャージの量は、絶縁体131の
厚さをその上にある金属ランナーとシリコン基板111
との間にある絶縁層の厚さの総和で割った値にほぼ比例
する。図4の例では、「厚さの総和」は、絶縁層131
、127、121の厚さの合計である。図2の例では、
「厚さの総和」は、絶縁層31、27、21、11の厚
さ及び絶縁層11とシリコン基板の間に存在する他の全
ての層の厚さの総和である。
27、131の厚さを選択したことにより、トランジス
タの動作にイメージチャージが干渉する可能性を軽減す
ることになる。前述したように、シリコン基板111内
に誘導されるイメージチャージの量は、絶縁体131の
厚さをその上にある金属ランナーとシリコン基板111
との間にある絶縁層の厚さの総和で割った値にほぼ比例
する。図4の例では、「厚さの総和」は、絶縁層131
、127、121の厚さの合計である。図2の例では、
「厚さの総和」は、絶縁層31、27、21、11の厚
さ及び絶縁層11とシリコン基板の間に存在する他の全
ての層の厚さの総和である。
【0035】結果として、図4の絶縁層127の相対位
置(つまり層131と層121の相対的厚さ)は、サン
ドウィッチがレベル1より高いレベルの絶縁体において
使われる場合よりもレベル1の絶縁体として使われる場
合のほうが重要である。サンドウィッチが高いレベルに
おいて使われる時には、そのサンドウィッチの下に特別
な絶縁層を作るとそれがシリコン内誘発イメージチャー
ジ量をさらに減らす働きをする。サンドウィッチが高レ
ベルにおいて使われる場合には、必要ならば図2中の絶
縁層21の厚さを約0.5マイクロメートルまで減らし
、絶縁層29の厚さを約0.5マイクロメートルまで増
加させても良い。
置(つまり層131と層121の相対的厚さ)は、サン
ドウィッチがレベル1より高いレベルの絶縁体において
使われる場合よりもレベル1の絶縁体として使われる場
合のほうが重要である。サンドウィッチが高いレベルに
おいて使われる時には、そのサンドウィッチの下に特別
な絶縁層を作るとそれがシリコン内誘発イメージチャー
ジ量をさらに減らす働きをする。サンドウィッチが高レ
ベルにおいて使われる場合には、必要ならば図2中の絶
縁層21の厚さを約0.5マイクロメートルまで減らし
、絶縁層29の厚さを約0.5マイクロメートルまで増
加させても良い。
【0036】絶縁層31、131の厚さを零にして(つ
まりそれらの層をなくしてしまって)、シリコン基板内
の誘導イメージチャージ量を零にしてしまいたいと思う
人もいるだろう。しかし、絶縁層27、127のような
窒素化合物層を表に露出させておくことは一般的には不
適当であることが、出願人による研究からわかった。正
確なメカニズムはわからないが、層27、127のよう
な窒素化合物層が露出している場合、その結果できる二
層の絶縁層は、窒素化合物が例えば約0.1から0.2
マイクロメートルの酸化物でカバーされている三層の絶
縁層よりも漏電しやすいという推測ができる。
まりそれらの層をなくしてしまって)、シリコン基板内
の誘導イメージチャージ量を零にしてしまいたいと思う
人もいるだろう。しかし、絶縁層27、127のような
窒素化合物層を表に露出させておくことは一般的には不
適当であることが、出願人による研究からわかった。正
確なメカニズムはわからないが、層27、127のよう
な窒素化合物層が露出している場合、その結果できる二
層の絶縁層は、窒素化合物が例えば約0.1から0.2
マイクロメートルの酸化物でカバーされている三層の絶
縁層よりも漏電しやすいという推測ができる。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、流動
性イオン汚染を防止して、汚染によるデバイス間絶縁及
びスレッシホールド電圧のシフトの問題を生じない半導
体集積回路の製造方法を提供することができる。
性イオン汚染を防止して、汚染によるデバイス間絶縁及
びスレッシホールド電圧のシフトの問題を生じない半導
体集積回路の製造方法を提供することができる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す図である。
11 基板(絶縁層)
13 ランナー
15 ランナー
17 ランナー
21 絶縁層
22 上表面
23 不完全部
25 不完全部
27 絶縁層
29 絶縁層
31 絶縁層
32 上表面
33 絶縁層
35 絶縁層
37 絶縁層
111 基板
112 ソース
114 ドレイン
116 ゲート酸化物
118 ゲートコンダクタ
120 ゲートスペーサ
121 絶縁層
122 ゲートスペーサ
127 絶縁層
131 絶縁層
Claims (10)
- 【請求項1】 基板上に第1の絶縁層を形成するステ
ップと、第1の絶縁層の上に流動性イオンの移動を実質
的に禁止することができる材料からなる第2の絶縁層を
形成するステップと、第2の絶縁層の上に第3の絶縁層
を形成するステップと、第3の絶縁層を少なくとも部分
的にエッチバックするステップとからなる半導体集積回
路の製造方法。 - 【請求項2】 回路性能に悪影響を及ぼす基板内への
イメージチャージの誘導を防ぐのに十分な厚さに第1、
第2、第3の絶縁層を形成するステップを有することを
特徴とする請求項1記載の半導体集積回路の製造方法。 - 【請求項3】 第1の絶縁層が、シラン、TEOS、
TMOS、DADBS、及びTMCTSからなる集合か
ら選択された先端的物質により形成されることを特徴と
する請求項1記載の半導体集積回路の製造方法。 - 【請求項4】 基板が、ケイ素及び二酸化ケイ素の集
合から選択された物質からなることを特徴とする請求項
1記載の半導体集積回路の製造方法。 - 【請求項5】 第2の絶縁層が、窒化ケイ素及び3価
のリンでドープされた二酸化ケイ素の集合から選択され
た物質からなることを特徴とする請求項1記載の半導体
集積回路の製造方法。 - 【請求項6】 第3の絶縁層が、シラン、TEOS、
TMOS、DADBS、及びTMCTSからなる集合か
ら選択された先端的物質で形成されることを特徴とする
請求項1記載の半導体集積回路の製造方法。 - 【請求項7】 エッチバックするステップが反応性イ
オンエッチングによって行われることを特徴とする請求
項1記載の半導体集積回路の製造方法。 - 【請求項8】 エッチバックするステップが、レジス
ト材料を付着させ平坦化した後に、前記レジスト及び第
3の絶縁層の両方をエッチングすることによって行われ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路の製
造方法。 - 【請求項9】 第3の絶縁層を形成する前に、第2の
絶縁層の上に窒化ケイ素及び3価のリンでドープされた
二酸化ケイ素の集合から選択された絶縁物質からなる第
4の層を形成することを特徴とする請求項1記載の半導
体集積回路の製造方法。 - 【請求項10】 第1の絶縁層がTEOSからなり、
0.8±0.1マイクロメートルの厚さを有し、少なく
とも一つの導電性ランナーを被覆しており、第2の絶縁
層が窒化ケイ素からなり、0.2±0.05マイクロメ
ートルの厚さを有しており、第3の絶縁層がTEOSか
らなり、初期の厚さが1.5±0.5マイクロメートル
であり、前記第3の絶縁層は、導電性ランナーの上に0
.1マイクロメートルの厚さを少なくとも残すように部
分的にエッチバックされ、前記第3の絶縁層の上に少な
くとも一つの導電性ランナーが形成されることを特徴と
する請求項1記載の半導体集積回路の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US60806590A | 1990-10-31 | 1990-10-31 | |
US608065 | 1990-10-31 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04266028A true JPH04266028A (ja) | 1992-09-22 |
JP2786357B2 JP2786357B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3305610A Expired - Fee Related JP2786357B2 (ja) | 1990-10-31 | 1991-10-25 | 半導体集積回路の製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0485086A1 (ja) |
JP (1) | JP2786357B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09205146A (ja) * | 1995-12-29 | 1997-08-05 | Hyundai Electron Ind Co Ltd | 半導体素子の金属配線保護膜形成方法 |
JP2006261687A (ja) * | 1994-03-28 | 2006-09-28 | Freescale Semiconductor Inc | 半導体デバイスの製造方法 |
JP2012039029A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Lapis Semiconductor Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
Families Citing this family (8)
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---|---|---|---|---|
US5336640A (en) * | 1991-01-28 | 1994-08-09 | Kawasaki Steel Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device having an insulating layer composed of a BPSG film and a plasma-CVD silicon nitride film |
JPH09129630A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-05-16 | Lucent Technol Inc | 集積回路の製造方法 |
KR0182006B1 (ko) * | 1995-11-10 | 1999-04-15 | 김광호 | 반도체 패키지 장치 및 몰딩물질에 의해 발생하는 기생용량의 산출방법 |
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US5990513A (en) * | 1996-10-08 | 1999-11-23 | Ramtron International Corporation | Yield enhancement technique for integrated circuit processing to reduce effects of undesired dielectric moisture retention and subsequent hydrogen out-diffusion |
US9092582B2 (en) | 2010-07-09 | 2015-07-28 | Cypress Semiconductor Corporation | Low power, low pin count interface for an RFID transponder |
US9846664B2 (en) | 2010-07-09 | 2017-12-19 | Cypress Semiconductor Corporation | RFID interface and interrupt |
US8723654B2 (en) | 2010-07-09 | 2014-05-13 | Cypress Semiconductor Corporation | Interrupt generation and acknowledgment for RFID |
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-
1991
- 1991-10-22 EP EP91309729A patent/EP0485086A1/en not_active Withdrawn
- 1991-10-25 JP JP3305610A patent/JP2786357B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US9437734B2 (en) | 2010-08-11 | 2016-09-06 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device with protective films and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0485086A1 (en) | 1992-05-13 |
JP2786357B2 (ja) | 1998-08-13 |
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