JPH0950968A - 半導体素子製造方法および半導体素子 - Google Patents

半導体素子製造方法および半導体素子

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JPH0950968A
JPH0950968A JP19941995A JP19941995A JPH0950968A JP H0950968 A JPH0950968 A JP H0950968A JP 19941995 A JP19941995 A JP 19941995A JP 19941995 A JP19941995 A JP 19941995A JP H0950968 A JPH0950968 A JP H0950968A
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JP
Japan
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insulating layer
layer
film
manufacturing
insulating
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JP19941995A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Ono
哲郎 小野
Takafumi Tokunaga
尚文 徳永
Hiroyuki Enomoto
裕之 榎本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】加工に要求される寸法精度が緩やかで、かつ不
良発生率の少ない半導体素子およびその製造方法を提供
する。 【構成】絶縁層表面に中性粒子あるいはイオンの照射に
より改質層を形成する。 【効果】中性粒子あるいはイオンの照射により、第1の
絶縁層表面に密度の高いあるいは化学結合の強い層が形
成され、絶縁層のスパッタ耐性が高くなり、電極を被う
肩部分の削れが抑えられ、エッチングが電極部分まで進
むことで発生する配線の短絡不良の発生がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子にかかわり、
特に絶縁膜の微細な加工に優れた構造を持つ半導体素子
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の微細化が進み、その製造方
法には厳しい寸法精度が求められ、絶縁膜の加工では、
例えば素子の電極部分に接続を取るための加工には直径
0.4μm以下で深さ2μm程度の孔をエッチングする
ことが要求される。さらにこれらの孔は狭い不純物が注
入された領域の間に形成するため、孔の位置の精度も高
い必要がある。
【0003】このようなエッチングの加工寸法精度の制
限を緩くして、素子の製造歩留まりをあげる構造とし
て、自己整合型の素子構造がある。これは例えばジャー
ナルオブ バキューム サイエンス アンド テクノロ
ジ(Journal of VacuumScience and Technology)B,
第12巻,427ページ,(1994年)にて知られて
いる構造で、以下図によりこの構造を説明する。
【0004】図2は半導体素子の拡大断面図である。シ
リコン等の基板1上の素子分離層2で囲まれた領域に、
所定の間隔で形成された不純物領域3,4が存在する。
その上に絶縁膜(酸化膜)7で被われた電極5が形成さ
れている。この構造の上に第1の絶縁層である窒化膜6
と第2の絶縁層である酸化膜10が形成されている。さ
らにそのうえにエッチングのマスクであるレジスト11
がある。
【0005】この構造では、電極5の間の不純物領域4
に配線を接続するための孔をエッチングする場合、酸化
膜10をエッチングし窒化膜6でエッチングが止るよう
なプロセスを用いる。すると、孔の寸法が大きくて電極
5にまたがるような径でも、エッチングが窒化膜6で止
り、電極5を被う絶縁膜7を傷つけずに深孔を開けるこ
とができる。深孔エッチングの後は、窒化膜のみをエッ
チングするプロセスで絶縁膜7を残し不純物領域4上の
窒化膜を除去し、ポリシリコンを孔に埋めて接続をとる
工程が続く。すなわちこの構造により、孔の寸法が電極
5間の寸法より大きくとれるために、レジスト11のリ
ソグラフィ工程とエッチング工程の余裕が大きくなる。
【0006】また、本発明で述べる改質層の形成方法は
たとえばジャーナル オブ ノンクリスタリン ソリッ
ズ(Journal of Non−Crystalline Solids)第181
巻,123ページ,(1995年)にて知られている。
しかし、この技術には本発明で述べる絶縁膜の部分的な
削れの防止に関する概念はなく、公知例から本発明を類
推することは同業者でも不可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述の孔のエッチング
には、プラズマを利用した装置が用いられる。この装置
では、真空容器中でマイクロ波あるいはRF(radio fr
equency )波によりエッチングガスのプラズマを発生さ
せる。酸化膜あるいは窒化膜などの絶縁膜のエッチング
には、CF4 ,C48などのCとFからなるガス、ある
いはCHF3 ,CH22などのCとHとFからなるガ
ス、あるいはこれらのガスに希ガス,H2,O2
2 ,CO,CO2 などを添加したガスが用いられる。
このプラズマ中で発生したFあるいはCFxのイオンと
活性種が基板に入射して絶縁膜がエッチングされる。
【0008】このエッチングでイオンのエネルギが高す
ぎると、図2(b)のように孔12が窒化膜6に到達し
たとき窒化膜6の肩部分13が優先的に削れる現象が多
く生じる。肩部分13の削れ量が大きすぎると、絶縁膜
7までエッチングが進行して配線が電極5に接してしま
う不良が発生する。このためにイオンのエネルギ制御が
難しくなるという新たな課題が生じている。
【0009】本発明の目的は、絶縁層の肩部分のエッチ
ングを抑える半導体素子構造とその製造方法を提供する
ことである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1の絶縁層
の表面に、中性粒子もしくはイオンの照射または打込み
により改質層を設け、上記打込み部分のエッチング耐性
を高めた。
【0011】
【作用】図2の肩部分13は水平面に対して傾斜をもつ
ので、肩部分13でのイオンの入射角は90度より小さ
い角で分布する。物理スパッタではイオンの入射角が4
5から80度の間で効率が最大になるために、肩部分は
水平面や垂直面と比べて速く削れる。
【0012】改質層では、絶縁物の密度が高い、あるい
は不純物の混入により化学結合が変化している。このた
めに、化学的なエッチング耐性と同時にイオンの運動エ
ネルギによる機械的なスパッタ耐性も増加する。従って
斜から入射するイオンに対してもスパッタ耐性が向上し
て、肩部分の優先的なエッチングが抑えられる。
【0013】
【実施例】
《実施例1》以下実施例を図により説明する。図1は半
導体素子の拡大断面図で、中性粒子の照射により表面改
質層を形成する。図1(a)は電極5と絶縁膜7上に窒
化膜6までを形成した基板1で、ここにエネルギ500
eV程度のNeの中性粒子8を照射する。すると図1
(b)のように、アモルファス状態である窒化膜6の表
面が多結晶化して、改質層9が形成される。その後図1
(c)のように第2の絶縁層の酸化膜10とレジスト1
1を形成する。この試料をC48を含むプラズマにてエ
ッチングした結果、図1(d)のように孔12が窒化膜
6に達しても、改質層9があるために肩部分14はほと
んどエッチングされず良好な形状を得ることができた。
希ガスの種類はNeに限らない。また実験の結果、中性
粒子の加速エネルギは100から1000eVで、肩部
分の削れがより少ない改質層を形成できることが分かっ
た。
【0014】図3は中性粒子を発生する装置の一例であ
る。真空容器24にマグネトロン15からマイクロ波を
導入する。Neを導入口17から入れると、電磁石16
による磁場でからイオンの拡散が抑えられるために密度
の高い希ガスプラズマが発生する。グリッド18,19
にそれぞれ正負の電圧を印加することで希ガスのイオン
を加速し引き出す。イオンは真空容器24内で電荷交換
衝突により中性粒子8となり、試料23に照射される。
試料23の拡大断面が図1(a)である。3枚のグリッ
ド20,21,22はそれぞれアース電位,正電位,負
電位になっており、ここでイオンや電子が試料23に入
らないように除去される。この装置により密度の高い中
性粒子が形成され、図1(b)の改質層9を形成するこ
とができる。
【0015】《実施例2》図4は金属あるいは半導体の
イオンを注入することで改質層を形成する実施例であ
る。図4(a)のように第1の絶縁層である窒化膜6が
形成された基板1にTiのイオン25を照射する。する
と窒化膜表面にTiが注入されSi34とTiNの混合
層が形成される。この層は結合が強くスパッタ耐性があ
る。以下図は省略されているが、図4(b)の改質層2
6の上に第2の絶縁層である酸化膜を形成してレジスト
層を設け孔のエッチングを行うと、肩部分のほとんど削
れない良好な形状が得られる。金属イオンの注入方法
は、一般に知られているイオン注入法あるいはプラズマ
中で金属をスパッタしイオン化した金属を加速し試料表
面に照射する方法でよい。イオンの加速エネルギは高す
ぎると改質層が劣化するので100から1000eVが
適当である。またイオンの種類はTiに限らず、Al,
Ta,C,P,B,Zr,W等でも同様の効果が得られ
る。
【0016】なお実施例1から2の絶縁層は、第1の絶
縁層が酸化膜で第2の絶縁層が窒化膜でも、本発明は同
じ効果が得られる。この場合は、図1(d)の電極5を
被う絶縁膜7が窒化膜となり、エッチングの順番は最初
に窒化膜をエッチングし、酸化膜で止るプロセスを用い
ることになる。
【0017】《実施例3》図5は本発明を用いて作成し
た素子の断面の概略図である。配線接続用の孔をエッチ
ングした後にポリシリコン30を埋め込み、そのうえに
Alなどのビット線27を形成し、さらに絶縁層28と
ワード線29が形成される。この構造の素子は改質層
9,26が存在するために肩部分の削れがなく、高い歩
留まりで製造することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明により、絶縁層の肩部分の削れを
防ぐことができ、良好な自己整合型素子が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体素子の製造工程を示
す拡大断面図。
【図2】従来例の半導体素子の製造工程を示す拡大断面
図。
【図3】中性粒子を照射する装置の構成図。
【図4】本発明の一実施例の半導体素子の製造工程を示
す拡大断面図。
【図5】本発明の一実施例の半導体素子の拡大断面図。
【符号の説明】
1…基板、2…素子分離層、3、4…不純物領域、5…
電極、6…窒化膜、7…絶縁膜、8…中性粒子、9…改
質層、10…酸化膜、11…レジスト、12…孔、1
3,14…肩部分、15…マグネトロン、16…電磁
石、17…導入口、18,19,20,21,22…グ
リッド、23…試料、24…真空容器、25…イオン、
26…改質層、27…ビット線、28…絶縁層、29…
ワード線、30…ポリシリコン。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上の素子分離層に囲まれた領域
    に、それぞれ所定の間隔を隔てて形成された複数個の不
    純物領域とこの不純物領域上あるいは間に形成された電
    極を異種の絶縁層で被う素子の製造方法において、最初
    に形成する第1の絶縁層とその上に形成される第2の絶
    縁層の間に、改質層を形成することを特徴とする半導体
    素子製造方法。
  2. 【請求項2】上記改質層は、最初に形成する第1の絶縁
    層とその上に形成される第2の絶縁層の間に、不純物の
    注入あるいはエネルギ粒子の照射により形成することを
    特徴とする請求項1記載の半導体素子製造方法。
  3. 【請求項3】上記異種の絶縁層は一方がシリコン酸化膜
    であり他方がシリコン窒化膜であることを特徴とする請
    求項1または2記載の半導体素子製造方法。
  4. 【請求項4】上記改質層は、希ガスの中性粒子を絶縁物
    に照射することで形成されることを特徴とする請求項
    1,2または3記載の半導体素子製造方法。
  5. 【請求項5】中性粒子のエネルギは100から1000
    eVであることを特徴とする請求項2,3または4記載
    の半導体素子製造方法。
  6. 【請求項6】上記改質層はTi,Al,Ta,C,P,
    B,Zr,W等の金属あるいは半導体のイオンを絶縁物
    に注入することで形成することを特徴とする請求項2記
    載の半導体素子製造方法。
  7. 【請求項7】上記金属あるいは半導体のイオンのエネル
    ギは100から1000eVであることを特徴とする請
    求項6記載の半導体素子製造方法。
  8. 【請求項8】半導体基板上の素子分離層に囲まれた領域
    にそれぞれ所定の間隔を隔てて形成された複数個の不純
    物領域と、この不純物領域上あるいは間に形成された電
    極を異種の絶縁膜で被った構造の素子において、最初に
    形成する第1の絶縁層とその上に形成される第2の絶縁
    層の間に、改質層を設けたことを特徴とする半導体素
    子。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001234091A (ja) * 1999-12-17 2001-08-28 Ishihara Sangyo Kaisha Ltd 二酸化チタン顔料及びその製造方法
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JP2017537455A (ja) * 2014-09-12 2017-12-14 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated 注入を用いた流動性膜特性のチューニング

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