JPH065596A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH065596A JPH065596A JP4161452A JP16145292A JPH065596A JP H065596 A JPH065596 A JP H065596A JP 4161452 A JP4161452 A JP 4161452A JP 16145292 A JP16145292 A JP 16145292A JP H065596 A JPH065596 A JP H065596A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多結晶Si層の多層配線技術を含む半導体装
置の製造方法に関し、ホーンの成長を防止し、耐圧性に
優れた多結晶Si多層配線を形成することのできる半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板に第1の酸化膜を形成後、第1の
多結晶Si層を堆積する工程と、選択的異方性ドライエ
ッチングによって上記第1の多結晶Si層をパターニン
グする工程と、パターニングの前または後にイオン注入
によって該第1の多結晶Si層の表層全部またはその縁
端部に所定の加速エネルギでイオン注入を行なって非晶
質領域を形成する工程と、該第1の多結晶Si層をマス
クとしてウエットエッチングによって第1の酸化膜をエ
ッチする工程と、露出しているSi表面を熱酸化して第
2の酸化膜を形成する工程と、第2の多結晶Si層を堆
積する工程とを含む。
置の製造方法に関し、ホーンの成長を防止し、耐圧性に
優れた多結晶Si多層配線を形成することのできる半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板に第1の酸化膜を形成後、第1の
多結晶Si層を堆積する工程と、選択的異方性ドライエ
ッチングによって上記第1の多結晶Si層をパターニン
グする工程と、パターニングの前または後にイオン注入
によって該第1の多結晶Si層の表層全部またはその縁
端部に所定の加速エネルギでイオン注入を行なって非晶
質領域を形成する工程と、該第1の多結晶Si層をマス
クとしてウエットエッチングによって第1の酸化膜をエ
ッチする工程と、露出しているSi表面を熱酸化して第
2の酸化膜を形成する工程と、第2の多結晶Si層を堆
積する工程とを含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si系半導体装置の製
造方法に関し、特に多結晶Si層の多層配線技術を含む
半導体装置の製造方法に関する。
造方法に関し、特に多結晶Si層の多層配線技術を含む
半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、Siテクノロジーの絶え間ない進
歩によって大面積基板へのデバイスの大規模集積化が可
能となった。DRAMに代表されるSiMOS型デバイ
スは、高度に集積化された結果、各素子は微細化され、
多層配線化されている。
歩によって大面積基板へのデバイスの大規模集積化が可
能となった。DRAMに代表されるSiMOS型デバイ
スは、高度に集積化された結果、各素子は微細化され、
多層配線化されている。
【0003】多層配線は絶縁膜を介して行なわれるの
で、リークや絶縁破壊を避けるために高品位の絶縁膜が
要求される。Si系材料の場合、最も優れた品位の絶縁
膜は高温熱酸化によって得られるSiO2 膜である。こ
の他に、Si3 N4 やTa2 O 5 等の堆積膜も用いられ
る。
で、リークや絶縁破壊を避けるために高品位の絶縁膜が
要求される。Si系材料の場合、最も優れた品位の絶縁
膜は高温熱酸化によって得られるSiO2 膜である。こ
の他に、Si3 N4 やTa2 O 5 等の堆積膜も用いられ
る。
【0004】配線材料には、低集積度の集積回路の場
合、Alに代表される金属がよく用いられるが、多層配
線では上記したような高品位絶縁膜形成のため、高温
(たとえば1000℃程度)のプロセスを含むので、不
純物拡散を恐れて最上層を除く下層の配線にはSi系材
料が多く用いられるようになった。
合、Alに代表される金属がよく用いられるが、多層配
線では上記したような高品位絶縁膜形成のため、高温
(たとえば1000℃程度)のプロセスを含むので、不
純物拡散を恐れて最上層を除く下層の配線にはSi系材
料が多く用いられるようになった。
【0005】すなわち、多結晶Siや非晶質Si、ある
いはシリサイドである。特に、多結晶Siや非晶質Si
は層堆積がSi系材料形成の同一装置内で簡単に行なう
ことができるので、MOS型デバイス形成に多用され
る。
いはシリサイドである。特に、多結晶Siや非晶質Si
は層堆積がSi系材料形成の同一装置内で簡単に行なう
ことができるので、MOS型デバイス形成に多用され
る。
【0006】たとえば、CCD(電荷転送素子)やTF
T(薄膜トランジスタ)の集積回路にSi多層配線が利
用されている。これらのデバイスは撮像装置やラインセ
ンサ、プリンタや液晶表示装置に盛んに利用されてい
る。勿論、DRAMのMOSゲート等にも用いられる。
T(薄膜トランジスタ)の集積回路にSi多層配線が利
用されている。これらのデバイスは撮像装置やラインセ
ンサ、プリンタや液晶表示装置に盛んに利用されてい
る。勿論、DRAMのMOSゲート等にも用いられる。
【0007】非晶質Siはガラス基板上等に低温形成で
きるのが特徴であるが、キャリア捕獲準位が多く、ま
た、高温プロセスに耐えないため、大面積低価格デバイ
スに用途が限定されてくる。
きるのが特徴であるが、キャリア捕獲準位が多く、ま
た、高温プロセスに耐えないため、大面積低価格デバイ
スに用途が限定されてくる。
【0008】これに対して、多結晶Siはドーピングも
容易な上にキャリア移動度も高く、10-3Ωcm程度に
まで低抵抗化できる。また、界面準位も低く、高温プロ
セスにも充分耐えるので、DRAMメモリセルの形成や
CCDデバイス等の多層配線材料に重用されている。
容易な上にキャリア移動度も高く、10-3Ωcm程度に
まで低抵抗化できる。また、界面準位も低く、高温プロ
セスにも充分耐えるので、DRAMメモリセルの形成や
CCDデバイス等の多層配線材料に重用されている。
【0009】Si基板上に多結晶シリコン層をゲート電
極、コンタクト電極、配線材料等として2層形成する場
合、従来は図2に示すようなプロセスによっていた。ま
ず、図2(A)に示すように、Si基板10にp−n接
合領域を形成後(図2では便宜的に全面にp−n接合が
形成されている)、第1の酸化膜11を形成し、その上
に第1の多結晶Si層12を堆積する。第1の酸化膜1
1の形成は、望ましくはSi基板10表面の高温熱酸化
によるSiO2 膜の生成であるが、CVD法等によるS
iO2 やTa2 O5 の堆積で置き換えてもよい。
極、コンタクト電極、配線材料等として2層形成する場
合、従来は図2に示すようなプロセスによっていた。ま
ず、図2(A)に示すように、Si基板10にp−n接
合領域を形成後(図2では便宜的に全面にp−n接合が
形成されている)、第1の酸化膜11を形成し、その上
に第1の多結晶Si層12を堆積する。第1の酸化膜1
1の形成は、望ましくはSi基板10表面の高温熱酸化
によるSiO2 膜の生成であるが、CVD法等によるS
iO2 やTa2 O5 の堆積で置き換えてもよい。
【0010】次に、図2(B)に示すように、多結晶S
i層のパターニングを行なう。まず、第1の多結晶Si
層12表面に、ホトレジスト膜13を塗布し、ホトリソ
グラフィ(露光、現像)によって所定のパターンにホト
レジスト膜13をパターニング後、これをマスクとして
異方性の強い(マスク面に垂直方向のエッチング速度の
大きな)ドライエッチング(塩素系ガス等使用)により
マスクレス領域(マスクの存在しない領域)の第1の多
結晶層12をエッチオフする。
i層のパターニングを行なう。まず、第1の多結晶Si
層12表面に、ホトレジスト膜13を塗布し、ホトリソ
グラフィ(露光、現像)によって所定のパターンにホト
レジスト膜13をパターニング後、これをマスクとして
異方性の強い(マスク面に垂直方向のエッチング速度の
大きな)ドライエッチング(塩素系ガス等使用)により
マスクレス領域(マスクの存在しない領域)の第1の多
結晶層12をエッチオフする。
【0011】続いて、ホトレジスト膜13および第1の
多結晶Si層12を、マスクとして第1の酸化膜11を
ウエットエッチングによりエッチオフする。その後、ホ
トレジスト膜13を除去すると、図2(C)に示す如
く、Si基板10上に分離された第1の多結晶Si層1
2と第1の酸化膜11の領域が形成される。
多結晶Si層12を、マスクとして第1の酸化膜11を
ウエットエッチングによりエッチオフする。その後、ホ
トレジスト膜13を除去すると、図2(C)に示す如
く、Si基板10上に分離された第1の多結晶Si層1
2と第1の酸化膜11の領域が形成される。
【0012】次に、HClを用いた塩酸酸化やO2 を用
いたドライ酸化、H2 Oを用いたウエット酸化等により
Si表面を酸化し、図2(D)に示すようにSiO2 膜
(第2の酸化膜)14をSi基板10および第1の多結
晶Si層12の上に形成する。
いたドライ酸化、H2 Oを用いたウエット酸化等により
Si表面を酸化し、図2(D)に示すようにSiO2 膜
(第2の酸化膜)14をSi基板10および第1の多結
晶Si層12の上に形成する。
【0013】さらに、図2(E)に示すように、第2の
酸化膜14上に減圧CVD法等を用いて第2の多結晶S
i層15を堆積する。引続き、ホトリソグラフィを用い
て第2の多結晶Si層15のパターニングを行なう(図
示せず)。このようにして、多層多結晶シリコンの配線
層が形成される。
酸化膜14上に減圧CVD法等を用いて第2の多結晶S
i層15を堆積する。引続き、ホトリソグラフィを用い
て第2の多結晶Si層15のパターニングを行なう(図
示せず)。このようにして、多層多結晶シリコンの配線
層が形成される。
【0014】多結晶Si層の多層配線を行なう場合、上
下配線間の電気的短絡を防止するためには、その間に介
在する酸化膜の品位が重要である。特に、多結晶Siは
粒界が多数存在して結晶性が悪いため、単結晶Si上の
酸化膜形成に比べて多結晶Si上に形成される酸化膜は
膜質が低下し易い。
下配線間の電気的短絡を防止するためには、その間に介
在する酸化膜の品位が重要である。特に、多結晶Siは
粒界が多数存在して結晶性が悪いため、単結晶Si上の
酸化膜形成に比べて多結晶Si上に形成される酸化膜は
膜質が低下し易い。
【0015】そこで、図2(D)で示したように、上下
の多結晶Si層12、15間に介在する酸化膜は、一般
にSiの熱酸化によって形成される。その結果、第2の
酸化膜14の品位は高く、多結晶Si層12、15間の
層間絶縁は、平坦部では良好である。
の多結晶Si層12、15間に介在する酸化膜は、一般
にSiの熱酸化によって形成される。その結果、第2の
酸化膜14の品位は高く、多結晶Si層12、15間の
層間絶縁は、平坦部では良好である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2(D)で
「E部」と示した縁端部においては、第1の多結晶Si
層12の熱酸化工程でしばしば好ましくない現象が発生
する。すなわち、図3で「E部」の拡大を模式的に示し
たように、酸化の過程で第1の多結晶Si層12の上端
部に突起が生ずる(これをホーンと呼ぶ)。ホーンは、
たとえば1000〜2000A程度成長する。
「E部」と示した縁端部においては、第1の多結晶Si
層12の熱酸化工程でしばしば好ましくない現象が発生
する。すなわち、図3で「E部」の拡大を模式的に示し
たように、酸化の過程で第1の多結晶Si層12の上端
部に突起が生ずる(これをホーンと呼ぶ)。ホーンは、
たとえば1000〜2000A程度成長する。
【0017】ホーンの部位には、電界が集中するので、
この部位で多結晶Si層12と15間の絶縁性が著しく
低下し、耐圧低下の原因となる。本発明の目的は、ホー
ンの成長を防止し、耐圧性に優れた多結晶Si多層配線
を形成することのできる半導体装置の製造方法を提供す
ることである。
この部位で多結晶Si層12と15間の絶縁性が著しく
低下し、耐圧低下の原因となる。本発明の目的は、ホー
ンの成長を防止し、耐圧性に優れた多結晶Si多層配線
を形成することのできる半導体装置の製造方法を提供す
ることである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板に第1の酸化膜を形成後、第1の
多結晶Si層を堆積する工程と、イオン注入によって該
第1の多結晶Si層の表層に所定の加速エネルギでイオ
ン注入を行なって非晶質領域を形成する工程と、選択的
異方性ドライエッチングによって上記第1の多結晶Si
層をパターニングする工程と、該第1の多結晶Si層を
マスクとしてウエットエッチングによって第1の酸化膜
をエッチする工程と、露出しているSi表面を熱酸化し
て第2の酸化膜を形成する工程と、第2の多結晶Si層
を堆積する工程とを含む。
造方法は、半導体基板に第1の酸化膜を形成後、第1の
多結晶Si層を堆積する工程と、イオン注入によって該
第1の多結晶Si層の表層に所定の加速エネルギでイオ
ン注入を行なって非晶質領域を形成する工程と、選択的
異方性ドライエッチングによって上記第1の多結晶Si
層をパターニングする工程と、該第1の多結晶Si層を
マスクとしてウエットエッチングによって第1の酸化膜
をエッチする工程と、露出しているSi表面を熱酸化し
て第2の酸化膜を形成する工程と、第2の多結晶Si層
を堆積する工程とを含む。
【0019】なお、上記のイオン注入に代えて、第1の
多結晶Si層をパターニングした後、パターニングされ
た第1の多結晶Si層表層縁端部にイオン注入してもよ
い。
多結晶Si層をパターニングした後、パターニングされ
た第1の多結晶Si層表層縁端部にイオン注入してもよ
い。
【0020】
【作用】第1の多結晶Si層の表層または表層縁端部を
イオン注入によって非晶質化することにより、その後熱
酸化してもホーンの発生は抑制される。
イオン注入によって非晶質化することにより、その後熱
酸化してもホーンの発生は抑制される。
【0021】
【実施例】図1は、本発明の基本実施例による半導体装
置の製造方法の主要な工程部分を示す。
置の製造方法の主要な工程部分を示す。
【0022】図1(A)に示すように、シリコン基板1
の上に、たとえばシリコン単結晶ウエハからなる基板1
の上に、酸化膜2を形成し、その上に第1の多結晶シリ
コン層3を堆積する。次に、イオン注入技術を用いて第
1の多結晶Si層3の表層に非晶質領域4を形成する。
の上に、たとえばシリコン単結晶ウエハからなる基板1
の上に、酸化膜2を形成し、その上に第1の多結晶シリ
コン層3を堆積する。次に、イオン注入技術を用いて第
1の多結晶Si層3の表層に非晶質領域4を形成する。
【0023】その後、表面上にホトレジスト膜をスピン
コートし、露光現像することによって多結晶Si電極の
パターンを形成する。このホトレジスト膜のパターンを
マスクとして第1の多結晶Si層3のエッチングを行
い、図1(A)で示すような第1の多結晶Si層3の電
極パターンを形成する。このパターニングは、通常、プ
ラズマエッチング等の異方性の強いドライエッチングに
より行なわれ、第1の酸化膜2を少なくとも一部残して
終了させる。
コートし、露光現像することによって多結晶Si電極の
パターンを形成する。このホトレジスト膜のパターンを
マスクとして第1の多結晶Si層3のエッチングを行
い、図1(A)で示すような第1の多結晶Si層3の電
極パターンを形成する。このパターニングは、通常、プ
ラズマエッチング等の異方性の強いドライエッチングに
より行なわれ、第1の酸化膜2を少なくとも一部残して
終了させる。
【0024】次に、図1(B)で示すように、パターニ
ングされた第1の多結晶Si層3をマスクとして、露出
した第1の酸化膜2のウエットエッチングを行い、Si
表面を露出させる。ウエットエッチングはHF系エッチ
液を用いて行なわれる等方性エッチングである。このた
めに、第1の多結晶Si層3端部下の酸化膜2も若干サ
イドエッチングされる。
ングされた第1の多結晶Si層3をマスクとして、露出
した第1の酸化膜2のウエットエッチングを行い、Si
表面を露出させる。ウエットエッチングはHF系エッチ
液を用いて行なわれる等方性エッチングである。このた
めに、第1の多結晶Si層3端部下の酸化膜2も若干サ
イドエッチングされる。
【0025】次に、図1(C)で示すように、露出した
Si表面(第1の多結晶Si層3の表面を含む)を熱酸
化して第2の酸化膜5を形成する。この工程によって、
半導体基板1および第1の多結晶Si層3の表面は全て
酸化膜で覆われる。熱酸化は、たとえば1000〜11
00℃の高温水蒸気中で行なう。
Si表面(第1の多結晶Si層3の表面を含む)を熱酸
化して第2の酸化膜5を形成する。この工程によって、
半導体基板1および第1の多結晶Si層3の表面は全て
酸化膜で覆われる。熱酸化は、たとえば1000〜11
00℃の高温水蒸気中で行なう。
【0026】図2、3で示した従来技術においては、こ
の工程で第1の多結晶Si層3の上端部にホーンが生成
する。しかし、本実施例ではこれが抑制される。なぜな
らば、第1の多結晶Si層3の表層には、イオン注入に
よって非晶質領域4が形成されているからである。表層
領域が非晶質化されているため、粒界がなく、ホーンの
成長が生じにくいものと考えられる。
の工程で第1の多結晶Si層3の上端部にホーンが生成
する。しかし、本実施例ではこれが抑制される。なぜな
らば、第1の多結晶Si層3の表層には、イオン注入に
よって非晶質領域4が形成されているからである。表層
領域が非晶質化されているため、粒界がなく、ホーンの
成長が生じにくいものと考えられる。
【0027】図示していないが、次に第2の多結晶Si
層を堆積する。次に、第2の多結晶Si層をパターニン
グし、さらに保護膜や金属配線の形成を行なえば半導体
装置が完成する。ホーンの発生が抑制されるため、第1
の多結晶Si層と第2の多結晶Si層との間に良好な耐
圧が得られる。
層を堆積する。次に、第2の多結晶Si層をパターニン
グし、さらに保護膜や金属配線の形成を行なえば半導体
装置が完成する。ホーンの発生が抑制されるため、第1
の多結晶Si層と第2の多結晶Si層との間に良好な耐
圧が得られる。
【0028】なお、第1の多結晶Si層3形成後、非晶
質化のためのイオン注入の加速エネルギよりも大きな加
速エネルギで非晶質領域4より深い位置まで所定量の不
純物をイオン注入すれば第1の多結晶Si層3に所望の
導電性を与えることができる。非晶質化のためのイオン
注入深さは導電性付与のためのイオン注入深さ半分以下
とすることが好ましい。
質化のためのイオン注入の加速エネルギよりも大きな加
速エネルギで非晶質領域4より深い位置まで所定量の不
純物をイオン注入すれば第1の多結晶Si層3に所望の
導電性を与えることができる。非晶質化のためのイオン
注入深さは導電性付与のためのイオン注入深さ半分以下
とすることが好ましい。
【0029】図7は、本発明の別の基本実施例の主要工
程を示す図である。本実施例においては、第1の多結晶
Si層3縁端部の非晶質化と半導体基板1の浅い接合領
域形成が同一プロセスで行なわれる。
程を示す図である。本実施例においては、第1の多結晶
Si層3縁端部の非晶質化と半導体基板1の浅い接合領
域形成が同一プロセスで行なわれる。
【0030】図7(A)で示すように、まず、たとえば
p型Si単結晶ウエハからなる半導体基板1上に第1の
酸化膜2を形成し、その上に第1の多結晶Si層3を堆
積する。第1の多結晶Si層3の上に、ホトレジスト膜
7を塗布し、露光現像することによって多結晶Si電極
のパターンを形成する。
p型Si単結晶ウエハからなる半導体基板1上に第1の
酸化膜2を形成し、その上に第1の多結晶Si層3を堆
積する。第1の多結晶Si層3の上に、ホトレジスト膜
7を塗布し、露光現像することによって多結晶Si電極
のパターンを形成する。
【0031】次に、図7(B)で示すように、ホトレジ
スト膜7のパターンをマスクとして、第1の多結晶Si
層3の選択的異方性ドライエッチングを行なう。この
時、第1の酸化膜2は、少なくとも一部を残すようにし
てエッチングを終了する。
スト膜7のパターンをマスクとして、第1の多結晶Si
層3の選択的異方性ドライエッチングを行なう。この
時、第1の酸化膜2は、少なくとも一部を残すようにし
てエッチングを終了する。
【0032】次に、図7(C)で示すように、アッシン
グ等によりホトレジスト膜7の再パターニングを行な
う。図7(B)の工程で用いたホトレジスト膜7の縁端
部のみを除去して下の第1の多結晶Si層3の表面を露
出させる。
グ等によりホトレジスト膜7の再パターニングを行な
う。図7(B)の工程で用いたホトレジスト膜7の縁端
部のみを除去して下の第1の多結晶Si層3の表面を露
出させる。
【0033】もちろん、ホトレジスト膜7上に新たなマ
スクを形成し、酸素プラズマ中で灰化を行なってもよ
い。このようにして図示したように、径の縮少したホト
レジスト膜7のマスクができる。
スクを形成し、酸素プラズマ中で灰化を行なってもよ
い。このようにして図示したように、径の縮少したホト
レジスト膜7のマスクができる。
【0034】次に、半導体基板1内で反対導電型を示す
不純物原子、たとえば砒素のイオンを、イオン注入技術
により上方から打ち込む。この時、イオン打ち込み角
度、加速電圧、不純物ドーズ量および半導体基板1上の
第1の酸化膜2膜厚を適切に考慮すれば、図2(D)で
示したように、第1の多結晶Si層3の縁端部(ホトレ
ジスト膜マスクのない領域)および第1の多結晶Si層
3の開口部領域にイオン注入領域が形成される。
不純物原子、たとえば砒素のイオンを、イオン注入技術
により上方から打ち込む。この時、イオン打ち込み角
度、加速電圧、不純物ドーズ量および半導体基板1上の
第1の酸化膜2膜厚を適切に考慮すれば、図2(D)で
示したように、第1の多結晶Si層3の縁端部(ホトレ
ジスト膜マスクのない領域)および第1の多結晶Si層
3の開口部領域にイオン注入領域が形成される。
【0035】上記イオン注入条件を適切に選択すること
によって、露呈した第1の多結晶Si層3の縁端部には
高濃度の不純物イオン、たとえば砒素イオンが注入され
るので、該領域は非晶質化し、一方半導体基板1の開口
部には、第1の酸化膜2のマスク効果によって比較的低
濃度の砒素イオンが注入されて、浅いp−n接合領域9
が形成される。
によって、露呈した第1の多結晶Si層3の縁端部には
高濃度の不純物イオン、たとえば砒素イオンが注入され
るので、該領域は非晶質化し、一方半導体基板1の開口
部には、第1の酸化膜2のマスク効果によって比較的低
濃度の砒素イオンが注入されて、浅いp−n接合領域9
が形成される。
【0036】非晶質化のためのイオン注入と導電性付与
のためのイオン注入工程は、別々に分けて行なうことも
できる。たとえば、1回目は低加速電圧、高濃度ドーズ
量とすることによって露出した第1の多結晶Si層3縁
端部にのみ非晶質領域8を形成し、2回目は高加速電圧
低濃度ドーズ量として半導体基板1の開口部に浅いp−
n接合領域9(単結晶)を形成する。
のためのイオン注入工程は、別々に分けて行なうことも
できる。たとえば、1回目は低加速電圧、高濃度ドーズ
量とすることによって露出した第1の多結晶Si層3縁
端部にのみ非晶質領域8を形成し、2回目は高加速電圧
低濃度ドーズ量として半導体基板1の開口部に浅いp−
n接合領域9(単結晶)を形成する。
【0037】1回目のイオン注入の際、第1の酸化膜2
がマスクとなって半導体基板1表面に高濃度不純物イオ
ンは到達しない。2回目のイオン注入は、半導体基板1
の表面に所望深さのイオン注入領域を形成する。この工
程は、自己整合化技術による不純物原子導入工程であ
る。
がマスクとなって半導体基板1表面に高濃度不純物イオ
ンは到達しない。2回目のイオン注入は、半導体基板1
の表面に所望深さのイオン注入領域を形成する。この工
程は、自己整合化技術による不純物原子導入工程であ
る。
【0038】次に、図7(E)で示すように、第2の酸
化膜5の形成を行なう。図7(D)の工程で用いたホト
レジスト膜7のマスクを有機溶剤で除去後、HF水溶液
中で第1の酸化膜2をエッチオフする。しかる後、露呈
したSi表面を1000〜1100℃で高温熱酸化すれ
ば、高品位の層間絶縁膜である第2の酸化膜5が形成さ
れる。
化膜5の形成を行なう。図7(D)の工程で用いたホト
レジスト膜7のマスクを有機溶剤で除去後、HF水溶液
中で第1の酸化膜2をエッチオフする。しかる後、露呈
したSi表面を1000〜1100℃で高温熱酸化すれ
ば、高品位の層間絶縁膜である第2の酸化膜5が形成さ
れる。
【0039】この工程中、第1の多結晶Si層3の縁端
部には非晶質領域8が形成されているので、ホーン生成
が抑制される。図示していないが、この工程後に第2の
多結晶Si層を堆積し、そのパターニングを行い、さら
に保護膜や金属配線の形成を行なえば、半導体装置が完
成する。
部には非晶質領域8が形成されているので、ホーン生成
が抑制される。図示していないが、この工程後に第2の
多結晶Si層を堆積し、そのパターニングを行い、さら
に保護膜や金属配線の形成を行なえば、半導体装置が完
成する。
【0040】本実施例によれば、ホーン生成の抑制、し
たがって第1の多結晶Si層と第2の多結晶Si層間の
耐圧不良の防止と同時に、半導体基板にp−n接合領
域、たとえばMOSトランジスタのソース/ドレイン領
域を形成することもできる。
たがって第1の多結晶Si層と第2の多結晶Si層間の
耐圧不良の防止と同時に、半導体基板にp−n接合領
域、たとえばMOSトランジスタのソース/ドレイン領
域を形成することもできる。
【0041】図4、5は、本発明のより具体的実施例に
よる多結晶Siの2層配線を有する半導体装置の製造方
法の主要工程を示す。なお、図1に示した方法を用いる
場合で説明するが、図7に示した方法を用いることもで
きるのは容易に理解されよう。
よる多結晶Siの2層配線を有する半導体装置の製造方
法の主要工程を示す。なお、図1に示した方法を用いる
場合で説明するが、図7に示した方法を用いることもで
きるのは容易に理解されよう。
【0042】図4(A)に示すように、p−n接合(図
示せず)を形成したSi基板21の表面を1000℃、
酸化性雰囲気中で熱酸化し、600Aの厚みを有する第
1の熱酸化SiO2 膜22を形成する。次に、減圧CV
D法によって厚さ約3000Aの第1の多結晶Si層2
3を堆積する。
示せず)を形成したSi基板21の表面を1000℃、
酸化性雰囲気中で熱酸化し、600Aの厚みを有する第
1の熱酸化SiO2 膜22を形成する。次に、減圧CV
D法によって厚さ約3000Aの第1の多結晶Si層2
3を堆積する。
【0043】次に、図4(B)で示すように、加速電
圧、たとえば50KeVで砒素を10 15cm-2程度イオ
ン注入する。重い原子である砒素の注入によって、表層
領域のSi原子は正規の格子位置からたたき出されて非
晶質領域24が形成される。
圧、たとえば50KeVで砒素を10 15cm-2程度イオ
ン注入する。重い原子である砒素の注入によって、表層
領域のSi原子は正規の格子位置からたたき出されて非
晶質領域24が形成される。
【0044】次に、図4(C)で示すように、第1の多
結晶Si層23のパターニングを行なう。すなわち、ホ
トレジスト膜(図示せず)を塗布後、露光現像してホト
レジスト膜の所定のパターンを形成し、当該パターンを
マスクとしてCl2 とCCl 4 の混合ガスを用いて反応
性イオンエッチング(RIE)を行なう。
結晶Si層23のパターニングを行なう。すなわち、ホ
トレジスト膜(図示せず)を塗布後、露光現像してホト
レジスト膜の所定のパターンを形成し、当該パターンを
マスクとしてCl2 とCCl 4 の混合ガスを用いて反応
性イオンエッチング(RIE)を行なう。
【0045】このドライエッチングは異方性が強く、第
1の多結晶Si層23はホトレジスト膜のパターン通り
にエッチングされる。Si基板21上に第1の熱酸化S
iO 2 膜22を残してRIEを終了させる。
1の多結晶Si層23はホトレジスト膜のパターン通り
にエッチングされる。Si基板21上に第1の熱酸化S
iO 2 膜22を残してRIEを終了させる。
【0046】次に、図5(A)で示すように、第1の熱
酸化SiO2 膜22のエッチングを行なう。ホトレジス
ト膜を除去後、パターニングされた第1の多結晶Si層
23をマスクとしてHF系水溶液中でSiO2 膜をウエ
ットエッチングする。このエッチングは等方性であるた
め、図示したように第1の多結晶Si層23端部下のS
iO2 膜22も一部エッチされる。
酸化SiO2 膜22のエッチングを行なう。ホトレジス
ト膜を除去後、パターニングされた第1の多結晶Si層
23をマスクとしてHF系水溶液中でSiO2 膜をウエ
ットエッチングする。このエッチングは等方性であるた
め、図示したように第1の多結晶Si層23端部下のS
iO2 膜22も一部エッチされる。
【0047】次に、図5(B)で示すように、露出した
Si表面(第1の多結晶Si層23の表面を含む)を熱
酸化して高品位の第2の熱酸化SiO2 膜25の形成を
行なう。この工程でSi基板21上に形成される熱酸化
SiO2 膜は、この後に形成する第2の多結晶Si層用
のゲート酸化膜となる。
Si表面(第1の多結晶Si層23の表面を含む)を熱
酸化して高品位の第2の熱酸化SiO2 膜25の形成を
行なう。この工程でSi基板21上に形成される熱酸化
SiO2 膜は、この後に形成する第2の多結晶Si層用
のゲート酸化膜となる。
【0048】このゲート酸化膜は第1の多結晶Si層2
3下のゲート酸化膜と同程度の厚さとする。この時、第
1の多結晶Si層23表面には、単結晶のSi基板21
表面より厚いSiO2 膜25が形成される。
3下のゲート酸化膜と同程度の厚さとする。この時、第
1の多結晶Si層23表面には、単結晶のSi基板21
表面より厚いSiO2 膜25が形成される。
【0049】従来のゲート酸化膜形成工程においては、
第1の多結晶Si層の上端部からホーンが生成するが、
本実施例の場合は、第1の多結晶Si層23の表層に非
晶質領域24が形成されているため、ホーンの生成が抑
止される。
第1の多結晶Si層の上端部からホーンが生成するが、
本実施例の場合は、第1の多結晶Si層23の表層に非
晶質領域24が形成されているため、ホーンの生成が抑
止される。
【0050】次に、図5(C)に示すように、第2の熱
酸化SiO2 膜25上に第2の多結晶Si層26の堆積
を行なう。この工程も減圧CVD法で行い、第1の多結
晶Si層23と同程度の厚さの多結晶Si層を堆積す
る。
酸化SiO2 膜25上に第2の多結晶Si層26の堆積
を行なう。この工程も減圧CVD法で行い、第1の多結
晶Si層23と同程度の厚さの多結晶Si層を堆積す
る。
【0051】次に、第2の多結晶Si層26のパターニ
ングを行い、金属配線および保護膜の形成を行なえば、
多結晶Si2層配線型Siデバイスができる。勿論、上
記工程を繰り返すことによって、さらに多層の配線を行
なうこともできる。
ングを行い、金属配線および保護膜の形成を行なえば、
多結晶Si2層配線型Siデバイスができる。勿論、上
記工程を繰り返すことによって、さらに多層の配線を行
なうこともできる。
【0052】なお、熱酸化はウエット酸化、ドライ酸
化、塩酸酸化等どのような熱酸化を用いることもでき
る。多結晶Si層の比抵抗を下げるには、不純物の高濃
度ドーピングが望ましい。ドーピングは堆積時に行なう
ことも可能であるが、第1の多結晶Si層に対しては非
晶質化のためのイオン注入を行なうので、非晶質領域形
成と不純物ドーピングを連続して行なうこともできる。
勿論、第2の多結晶Si層に対してもイオン注入で不純
物を添加してもよい。
化、塩酸酸化等どのような熱酸化を用いることもでき
る。多結晶Si層の比抵抗を下げるには、不純物の高濃
度ドーピングが望ましい。ドーピングは堆積時に行なう
ことも可能であるが、第1の多結晶Si層に対しては非
晶質化のためのイオン注入を行なうので、非晶質領域形
成と不純物ドーピングを連続して行なうこともできる。
勿論、第2の多結晶Si層に対してもイオン注入で不純
物を添加してもよい。
【0053】すなわち、非晶質化のためのイオン注入の
加速エネルギよりも大きな加速エネルギで非晶質領域2
4より深い位置まで所定量の不純物をイオン注入する。
好ましくは、導電度付与のイオン注入の深さは非晶質化
のためのイオン注入の深さの2倍以上とする。たとえ
ば、Asイオンを加速エネルギ150〜200KeVで
注入する。
加速エネルギよりも大きな加速エネルギで非晶質領域2
4より深い位置まで所定量の不純物をイオン注入する。
好ましくは、導電度付与のイオン注入の深さは非晶質化
のためのイオン注入の深さの2倍以上とする。たとえ
ば、Asイオンを加速エネルギ150〜200KeVで
注入する。
【0054】Asの代わりにPをイオン注入してもよ
い。特に、深くイオン注入するには原子番号の小さいP
の方が有利である。たとえば、第1の多結晶Si層23
の深奥部(3000Aの深さ)までイオン注入し、不純
物濃度を1020cm-3程度とする。この結果、多結晶S
i層のシート抵抗は30Ω/□程度まで低下する。この
イオン注入工程で第1の多結晶Si層23内奥部に発生
した損傷は、ゲート酸化膜形成工程でアニールアウトさ
れる。
い。特に、深くイオン注入するには原子番号の小さいP
の方が有利である。たとえば、第1の多結晶Si層23
の深奥部(3000Aの深さ)までイオン注入し、不純
物濃度を1020cm-3程度とする。この結果、多結晶S
i層のシート抵抗は30Ω/□程度まで低下する。この
イオン注入工程で第1の多結晶Si層23内奥部に発生
した損傷は、ゲート酸化膜形成工程でアニールアウトさ
れる。
【0055】なお、必要に応じてイオン注入する不純物
をp型不純物、たとえば硼素等にすることができること
はいうまでもない。以上の実施例では、多層配線を行な
う前に、Si基板21内に拡散やイオン打込み等で活性
領域やコンタクト領域を形成していた。しかし、DRA
M等の高集積化デバイスにおいては、全ての機能領域が
最初のプロセスでSi基板21内に形成されることはま
れである。
をp型不純物、たとえば硼素等にすることができること
はいうまでもない。以上の実施例では、多層配線を行な
う前に、Si基板21内に拡散やイオン打込み等で活性
領域やコンタクト領域を形成していた。しかし、DRA
M等の高集積化デバイスにおいては、全ての機能領域が
最初のプロセスでSi基板21内に形成されることはま
れである。
【0056】むしろ、第1の多結晶Si層形成後にもパ
ターニングされた第1の多結晶Si層23をマスクとし
てイオン打込み法、拡散法等により浅い接合領域を形成
する、いわゆる自己整合化技術が適用されることが多
い。これらのSi基板21への機能領域形成プロセスと
しては公知のものを用いることができ、その詳細な説明
は省略する。
ターニングされた第1の多結晶Si層23をマスクとし
てイオン打込み法、拡散法等により浅い接合領域を形成
する、いわゆる自己整合化技術が適用されることが多
い。これらのSi基板21への機能領域形成プロセスと
しては公知のものを用いることができ、その詳細な説明
は省略する。
【0057】また、前記実施例では多結晶Siの2層配
線の例を述べたが、同様の方法が酸化膜(あるいは絶縁
膜)を挟んでより多層の多結晶Si配線を作成する場合
にも適用できることは明らかである。
線の例を述べたが、同様の方法が酸化膜(あるいは絶縁
膜)を挟んでより多層の多結晶Si配線を作成する場合
にも適用できることは明らかである。
【0058】上述のような多結晶Si多層配線を応用し
たデバイス例を図6に示す。図6(A)は、3相CCD
に応用したもので、多結晶Si層23、26の2層配線
となっている。
たデバイス例を図6に示す。図6(A)は、3相CCD
に応用したもので、多結晶Si層23、26の2層配線
となっている。
【0059】図はφ1 相のみに相対的に正極性の電圧が
印加されている場合を示すが、第1の多結晶Si層23
の上端部のホーン発生が防止され、ここに電界が集中す
ることが低減するので、多層多結晶Si配線層間の絶縁
耐圧不足が発生することが少なく、安定に動作させるこ
とができる。
印加されている場合を示すが、第1の多結晶Si層23
の上端部のホーン発生が防止され、ここに電界が集中す
ることが低減するので、多層多結晶Si配線層間の絶縁
耐圧不足が発生することが少なく、安定に動作させるこ
とができる。
【0060】また、図6(B)はスタック型容量MOS
メモリセルを有するDRAMに応用した例であり、多結
晶Si層23、26、28の3層配線となっている。こ
の場合は、特に3層の多結晶Si層が近接して重複して
いるn+ 型Si層直上で、多結晶Si層上端部のホーン
発生が防止されているので、電界集中による多層多結晶
層間の耐圧不足を改善することができる。
メモリセルを有するDRAMに応用した例であり、多結
晶Si層23、26、28の3層配線となっている。こ
の場合は、特に3層の多結晶Si層が近接して重複して
いるn+ 型Si層直上で、多結晶Si層上端部のホーン
発生が防止されているので、電界集中による多層多結晶
層間の耐圧不足を改善することができる。
【0061】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
CCDやDRAM以外のSiデバイスにも応用できるこ
とは自明であろう。その他、種々の変更、改良、組み合
わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
CCDやDRAM以外のSiデバイスにも応用できるこ
とは自明であろう。その他、種々の変更、改良、組み合
わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0062】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層配線された多結晶Si層間の絶縁耐圧が向上する。
多層配線された多結晶Si層間の絶縁耐圧が向上する。
【0063】この結果、多結晶Siの多層配線を有する
デバイス、たとえばCCDの歩留りが向上する。また、
リーク電流が低減できるので、DRAM等のメモリセル
のメモリ保持特性が改善される。
デバイス、たとえばCCDの歩留りが向上する。また、
リーク電流が低減できるので、DRAM等のメモリセル
のメモリ保持特性が改善される。
【図1】本発明の基本実施例による半導体装置の製造方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図2】従来例による多結晶Siの2層配線工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図3】従来例による多結晶Si層上端部でのホーン形
成を説明するための断面図である。
成を説明するための断面図である。
【図4】本発明の実施例による多結晶シリコン多層配線
を有する半導体装置の製造方法の前半の工程を示す断面
図である。
を有する半導体装置の製造方法の前半の工程を示す断面
図である。
【図5】本発明の実施例による多結晶シリコン多層配線
を有する半導体装置の製造方法の後半の工程を示す断面
図である。
を有する半導体装置の製造方法の後半の工程を示す断面
図である。
【図6】本発明の応用例を示す断面図である。図6
(A)は3相CCD、図6(B)はスタック型メモリセ
ル(DRAM)を示す。
(A)は3相CCD、図6(B)はスタック型メモリセ
ル(DRAM)を示す。
【図7】本発明の別の基本実施例による半導体装置の製
造方法を説明するための断面図である。
造方法を説明するための断面図である。
1 半導体基板 2 第1の酸化膜 3 第1の多結晶Si層 4 非晶質領域 5 第2の酸化膜 7 ホトレジスト膜 8 非晶質領域 9 接合領域 10 Si基板 11 第1の酸化膜 12 第1の多結晶Si層 13 ホトレジスト膜(マスク) 14 第2の酸化膜 15 第2の多結晶Si層 21 Si基板 22 第1の熱酸化SiO2 膜 23 第1の多結晶Si層 24 非晶質領域 25 第2の熱酸化SiO2 膜 26 第2の多結晶Si層 28 第3の多結晶Si層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8728−4M H01L 27/10 325 C 7210−4M 27/14 B
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板(1)に第1の酸化膜(2)
を形成後、第1の多結晶Si層(3)を堆積する工程
と、 イオン注入によって該第1の多結晶Si層(3)の表層
に所定の加速エネルギでイオン注入を行なって非晶質領
域(4)を形成する工程と、 選択的異方性ドライエッチングによって上記第1の多結
晶Si層(3)をパターニングする工程と、 該第1の多結晶Si層(3)をマスクとしてウエットエ
ッチングによって第1の酸化膜(2)をエッチする工程
と、 露出しているSi表面を熱酸化して第2の酸化膜(5)
を形成する工程と、 第2の多結晶Si層(6)を堆積する工程とを含む半導
体装置の製造方法。 - 【請求項2】 さらに、上記第1の多結晶Si層(3)
堆積後、前記所定の加速エネルギよりも大きな加速エネ
ルギで前記非晶質領域(4)より深い位置まで所定量の
不純物をイオン注入する工程を含む請求項1記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項3】 半導体基板(1)に第1の酸化膜(2)
を形成後、第1の多結晶Si層(3)を堆積する工程
と、 ホトレジスト膜(7)パターンをエッチングマスクとし
て選択的異方性ドライエッチングにより上記第1の多結
晶Si層(3)をパターニングする工程と、 上記ホトレジスト膜(7)パターンの幅を減少させて、
上記工程でパターニングされた第1の多結晶Si層
(3)の縁端部を露呈する工程と、 イオンを所定の加速エネルギにより所定方向からイオン
注入し、上記縁端部に非晶質領域(8)を形成する工程
と、 上記ホトレジスト膜(7)を除去後、上記第1の多結晶
Si層(3)をマスクとしてウェットエッチングにより
上記第1の酸化膜(2)をエッチオフする工程と、 露出しているSi表面を熱酸化して第2の酸化膜(5)
を形成する工程と、 該第2の酸化膜(5)上に第2の多結晶Si層(6)を
堆積する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記イオンが半導体基板(1)内で反対
導電型を示す不純物のイオンであり、イオン注入により
第1の多結晶Si層の開口部の半導体基板(1)表面部
に同時に接合領域(9)を形成する請求項3記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4161452A JPH065596A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4161452A JPH065596A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH065596A true JPH065596A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=15735376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4161452A Withdrawn JPH065596A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH065596A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016143732A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 三菱電機株式会社 | 電荷結合素子、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置 |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP4161452A patent/JPH065596A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016143732A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 三菱電機株式会社 | 電荷結合素子、電荷結合素子の製造方法、および固体撮像装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |