JPH0454390B2 - - Google Patents

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JPH0454390B2
JPH0454390B2 JP57164664A JP16466482A JPH0454390B2 JP H0454390 B2 JPH0454390 B2 JP H0454390B2 JP 57164664 A JP57164664 A JP 57164664A JP 16466482 A JP16466482 A JP 16466482A JP H0454390 B2 JPH0454390 B2 JP H0454390B2
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JP
Japan
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film
gate
polysilicon
insulating film
thickness
Prior art date
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JP57164664A
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English (en)
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JPS5952879A (ja
Inventor
Jun Fukuchi
Seiji Ueda
Akira Takeishi
Kunihiko Asahi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Priority to JP57164664A priority Critical patent/JPS5952879A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、二層ゲート構造を有するMOSトラ
ンジスタの製造工程に適用して有用な半導体装置
の製造方法に関し、とくに容量低減による動作速
度向上と層間絶縁耐圧の向上をはかるためのゲー
ト間層間絶縁膜の製造法に関する。
従来例の構成とその問題点 ダイナミツクメモリーの単位セル構造は第1図
の概要断面図のようになる。すなわちシリコン基
板8上にフイールド酸化膜1があり、第1ゲート
酸化膜2、第2ゲート酸化膜5、その上に第1ゲ
ートポリシリコン3、層間絶縁膜4、さらにその
上に第2ゲートポリシリコン6があり、7はn+
拡散層であるのが普通である。ここで従来は、層
間絶縁膜4を形成する場合、SELOCS法
(Selective Oxidation of Silicon)と呼ばれる不
純物のドープ量の差による酸化速度差を利用し
て、例えば酸化雰囲気中900℃の温度で第2ゲー
ト酸化膜5と同時に形成していた。そして、この
温度、すなわち900℃では第2ゲート酸化膜5の
厚さが600Åになるのに対し層間絶縁膜厚は1200
Åに形成でき、2倍の酸化速度比がとれていた。
しかしパタン方式の目安として呼称されるデザ
インルールの微細化にともない、比例縮小則に従
い第1ゲート酸化膜2とともに第2ゲート酸化膜
5も薄くする必要がある。たとえば2μmルール
でゲート酸化膜厚を300〜400Åに選ぶと
SELOCS法を用いると層間絶縁膜4の厚さは800
Åとなるが、この厚みでは層間の容量が大きくな
り、デバイスの高速化の障害となり、また絶縁耐
圧も低下してくる。そこで層間絶縁膜4と第2ゲ
ート酸化膜5を別々に作る方法が提案された。
その方法を第2図に示す。つまり(1)第1ゲート
酸化膜2上にSi3N4膜9を400Åの厚さで被着し、
(2)リンドープした第1ゲートポリシリコン3をそ
の上に蒸着し、フオトエツチングする。(3)次に
1000℃酸素雰囲気中で第1ゲートポリシリコン3
を酸化し、層間絶縁膜4を3000Å形成し、(4)
Si3N4膜9及び第1ゲート酸化膜2を選択的に除
去し、(5)次に第2ゲート酸化膜5を酸化雰囲気中
で400Å形成するというようなものである。層間
絶縁膜4は、第2ゲート酸化膜5の厚みに関係な
く厚くすることができるが、1000℃酸素雰囲気中
で酸化すると、リンドープした第1ゲートポリシ
リコン3のグレーンサイズの成長が、とくにリン
濃度が高いと顕著におこり、表面粗大化に起因し
て層間絶縁膜4の耐圧不良やピンホールの発生が
おこり、デバイスの歩留の低下を招いていた。こ
れを解決するには酸化温度を下げて、酸化時間を
短くすれば良いが、温度を下げれば下げるほど第
3図に示すように第1ゲートポリシリコン3の側
面部分では層間絶縁膜4がひさし状に形成され、
第2ゲートポリシリコン6を形成する際にその部
分10でポリシリコン残りが生じて第1、第2ポ
リシリコン3,6間で層間リークを生じたり、ま
た他に比べてその部分10は層間絶縁膜4が薄い
ため絶縁耐圧の低下を招いていた。
発明の目的 本発明は従来の製造法による二層ゲート構造の
MOS集積回路の層間絶縁膜の限界を考慮してな
されたものでデバイス寸法の微細化の方向に沿つ
た新規な層間絶縁膜の形成方法を提供しようとす
るものである。
発明の構成 本発明は、パターン微細化にともなう必要な膜
厚の層間絶縁膜の形成方法として、Si3N4膜を選
択酸化マスクに用い第2ゲート酸化膜を層間絶縁
膜の形成とは別に行う場合に起るポリシリコン膜
側面部での層間絶縁膜のひさし及びポリシリコン
膜のグレーンサイズ成長にともなう層間絶縁耐圧
不良を同時に解決するために低温でかつ、ひさし
の出ない酸化法を、高圧酸化を行なう前に薄い化
学気相蒸着したSiO2膜をつける工程を導入した
ものである。
Si3N4膜上の第1ゲートポリシリコン3を酸化
する際のポリシリコンのグレーンサイズの成長に
よる層間絶縁膜耐圧不良は、高圧酸化法を用い温
度を1000℃未満の低温に下げて酸化することによ
り、改善することができる。すなわち、このよう
な低温高圧酸化法を用いれば、ポリシリコンのグ
レーンの成長は少なくなり、十分な耐圧をもつた
良好な層間絶縁膜ができる。しかし第3図で示し
たように第1ゲートポリシリコン3の側面10で
ひさしのようなものができ不良となる。そこで第
1ゲートポリシリコン3を形成後、化学気相蒸着
法によりSiO2膜を150〜200Å堆積させ、その後
高圧酸化により第1ゲートポリシリコン3を酸化
することにより、ひさしのない、しかもグレーン
の成長の少ない層間絶縁膜を得ることができた。
実施例の説明 以下本発明の一実施例の説明を第4図に従つて
行なう。
(1)たとえば(100)表面、P型、比抵抗8〜
12Ω−cmのシリコン基板8にフイールド酸化膜1
を8000Åの厚みで選択的に形成し、その上に第1
ゲート酸化膜2を200Å、さらにその上にCVD法
によりSi3N4膜9を400Å形成する。(2)Si3N4膜9
の表面にリンをドープした第1ゲートポリシリコ
ン3を5000Å、CVD法により蒸着し、フオトエ
ツチングを行なう。(3)第1ゲートポリシリコン3
上およびSi3N4膜9上にCVD法により400℃で
SiO2膜11を200Åを蒸着する。この場合SiO2
11の膜厚はできるだけ薄い方が好ましい。なぜ
ならSi3N4膜9上のSiO2膜11は次工程の後エツ
チングされるため、同時に第1ゲートポリシリコ
ン3上のSiO2膜11もSi3N4膜9上のSiO2膜11
の膜厚分だけは少なくともエツチングされるた
め、最終的な層間絶縁膜4としての膜厚がSiO2
膜11が厚くなればなるほど薄くなるからであ
る。
たとえば2μmルールの場合のデバイスの配線
容量と、第1ゲートポリシリコン3の抵抗(ポリ
シリコンは酸化すると抵抗が上る)を考え合わせ
ると、少なくとも最終的な層間絶縁膜4は2000Å
以上は必要である。このことからみて、この
SiO2膜11の膜厚は最大でも1000Åまでが許容
範囲である。このSiO2膜11を層間絶縁膜4と
して介在させることによりSi3N4膜9と第1ゲー
トポリシリコン3との間において、従来例で指摘
したような、第1ゲートポリシリコン3の側面部
でのひさしができるのを防ぐことができる。(4)高
圧酸化法により第1ゲートポリシリコン3を酸化
する。この場合、第1ゲートポリシリコン3以外
の表面はSi3N4膜9でおおわれているため、酸化
はほとんどされない。条件は温度800℃、圧力8
Kg/cm2、パイロジエニツク方式で、30分の酸化時
間である。これにより層間絶縁膜4が3200Åの厚
さで形成される。この場合、従来例のように1000
℃で酸化したとき生じるような第1ゲートポリシ
リコン3のグレーンサイズの成長はみられず、し
たがつて、それによる層間絶縁耐圧の劣化を招く
ようなことはない。これは高圧酸化を用いるため
800℃という低温で酸化が短時間でできるためで
ある。この酸化温度は800℃が耐圧の面から最適
である。なぜならグレーンサイズの成長が温度が
上がるにつれて大きくなり、また温度が低いほど
にグレーンサイズの成長はおさえられるが酸化時
間が長くなり、またSiO2の質(つまり密度)の
低下、パイロジエニツクの燃焼がおこらないなど
の難点がともなうからである。(5)次にSiO2膜1
1をNH4F:HF=5:1の溶液で除去し、つい
でSi3N4膜9をドライエツチにより除去する。こ
の場合Si3N4膜9の除去はH3PO4155℃でもエツ
チングは可能であるが、オーバーエツチにより、
層間絶縁膜4でひさしができることがあり、ドラ
イエツチによる方が好ましい。そして次に層間絶
縁膜4によつて覆われていない部分にある第1ゲ
ート酸化膜2をNH4F:HF=5:1の溶液で除
去し、第2ゲート酸化膜5を酸化雰囲気中で400
Åの厚さで形成する。(6)リンドープしたポリシリ
コン6を形成してフオトエツチし、第2ゲートポ
リシリコン6とする。次にAS+をイオン注入法に
より、セルフアラインで打ち込み、n+拡散層7
を形成する。以下は層間絶縁膜(リンガラス)を
蒸着、コンタクトホールをあけて、AL配線し、
パツシベーシヨン膜をかぶせて完成する。
発明の効果 実施例で説明したように、本発明によれば
Si3N4膜上にCVDでSiO2膜を蒸着して、ポリシリ
コンの側面部でのひさしをなくし、また層間絶縁
膜の形成に高圧酸化法を用い、酸化の低温化によ
り、ポリシリコンのグレーンサイズの成長をおさ
えることによつて、層間絶縁膜の耐圧の向上を図
るとともに、ピンホールの発生及び二層のポリシ
リコン間のリークを防ぐことができ、それによ
り、パターンの微細化によるゲート酸化膜厚の減
少に対応することができる。このことから本発明
はダイナミツクメモリーやCCD、BBD等の二層
ゲート構造をもつデバイスの微細化、高性能化に
大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の二層ゲート構造デバイスの模式
図、第2図(1)〜(5)は従来例の製造工程の断面図、
第3図は従来例の問題点を示した断面図、第4図
(1)〜(6)は本発明の実施例の製造工程の断面図であ
る。 1……フイールド酸化膜、2……第1ゲート酸
化膜、3……第1ゲートポリシリコン、4……層
間絶縁膜、5……第2ゲート酸化膜、6……第2
ゲートポリシリコン、7……n+拡散層、8……
シリコン基板、9……Si3N4膜、10……第1ゲ
ートポリシリコン側面部のひさし、11……
SiO2膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の一主面に二酸化シリコンの第1
    のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のゲ
    ート絶縁膜上に化学気相蒸着により窒化シリコン
    膜を被着する工程と、前記窒化シリコン膜上に不
    純物を含む第1のポリシリコン膜を被着する工程
    と、前記第1のポリシリコン膜を選択エツチング
    により、第1ゲート電極に形成する工程と、前記
    第1ゲート電極および露出の前記窒化シリコン膜
    の全面に化学気相蒸着により薄い二酸化シリコン
    膜を被着して後、1000℃未満の低温高圧酸化雰囲
    気中で処理して前記第1ゲート電極上の二酸化シ
    リコン膜の厚みを増加する工程と、前記第1ゲー
    ト電極の全面に前記二酸化シリコン膜の一部を残
    存させて他部の前記二酸化シリコン膜および前記
    窒化シリコン膜を除去して、前記半導体基板面を
    露出させる工程と、前記露出した半導体基板面に
    二酸化シリコンによる第2のゲー絶縁膜を形成す
    る工程と、前記第2のゲート絶縁膜上に不純物を
    含む第2のポリシリコン膜を被着する工程と、前
    記第2のポリシリコン膜を選択エツチングにより
    第2ゲート電極に形成す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。 2 第1ゲート電極および露出の窒化シリコン膜
    の全面に化学気相蒸着により形成する二酸化シリ
    コン膜の膜厚を1000Å以下とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製
    造方法。 3 高圧酸化雰囲気での酸化処理温度が800℃以
    下でなる特許請求の範囲第1項に記載の半導体装
    置の製造方法。
JP57164664A 1982-09-20 1982-09-20 半導体装置の製造方法 Granted JPS5952879A (ja)

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