JPS58114452A - 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】 この発明は、新規な２階多結晶シリコン構造を用いる半
導体装置の製造方法に関する。

２＠多結晶シリコン構造は半導体装置の高集積化にとっ
て大きなオリ点を有しているため、挽在広く用いられて
いる。しかし、従来の２層多結晶シリコン構造の製造方
法には幾つかの欠点がある。

第１図は従来の半導体装置の製造方法の製造１柱の１１
′ｒ肉図でおる。この第１図により、従来の半導体＃ｃ
１１１ｊの製造方法について概述することにする。

１ず、第１ｆＶ（ａＪに示すように、シリコン単結晶基
板１にシリコン輩ｆと膜を耐酸比マスクとして用いた通
常の選択ｅＲ１ｔ法により、フィールド酸化膜２によっ
て分離された活性領域３ｔ−形成する。

次に、活性領域３のシリコン表面を熱酸化することによ
シ、第１１伽）に示すように、第１のダート酸化膜４１
ｔ−形成し、さらに、第１の多結晶シリコン膜５を化学
気相反応法により全面に堆極する。

この第１の多結晶シリコン膜５にＡａ　（砒素）、Ｐ（
リン）、あるいはＢ（ボロン）などの不純物をドープし
、導電性を持たせる。次に、ホトリングラフィ技術によ
シ、ホトレジストをマスクトシて、第１の多結晶シリコ
ンａｉ５にエツチングし。

・母ターン形ａｔ−行い、＃！１図（ｂ）に示す構造と
する。

次に、酸化性雰囲気中で熱処理を行い、第２のダート酸
化膜７および第１の多結晶シリコン膜５上に多結晶シリ
コン酸化膜６ｔ−ＩＷＪ時に第１図（Ｃ）に示すごとく
に形成する。

この後、第１図（ｄ）に示すように、第２の多結晶シリ
コン膜８の堆積、不ｎ物のドーピング、リングラフィ技
術金用いてのパターン形成ｔ−＊記第１の多結晶シリコ
ン膜５の場合と同様に行う。

次に、シリ；ン単結晶中に不純物を拡散し、拡散層９を
形成し、第１図（ｅ）の構造を作る。さらに。

図面でに示していないが、保表用絶縁膜、金為配線を公
知の技術により半導体装置を完成させる。

上述の従来の半導体装置の製造方＠において。

第１の欠点としては、第１図（ｂ）に示すように、第２
のダート酸化膜７が形成される領域のシリコン表面が無
比した状態で第１図（ｃ）のごとく、第２のゲート数比
＆７’を形成するため％酸化初期に第１の多結晶シリコ
ン膜５から多結晶シリコン酸化膜に導電性をもたせるた
めに添加してるる不純物（たとえに、リン、砒素、メロ
ン）が数比性琢囲気中に飛び出した後、トランジスタを
形成する領域のシリコン表面（第２ダート酸化膜７血下
のシリコン表面）にドーピングし、トランジスタのしさ
い値電圧の変動ｔもたらすことである。

この玩象な第ｌの多結晶シリコン膜中の不純物ｈｉｔ下
けることで、ある程良低減できるが、他力、多結晶シリ
；ンの抵抗が大きくなってしまい、回路特性上間軸が発
生するため、限界が１ム充分な解決法とはなシ得ないも
のでおる。

また％第２の欠点として６％第１の多結晶シリコン膜５
と第２の多結晶シリコン膜８とｔ絶縁する多結晶シリコ
ン酸化膜６は第２のダート酸化膜７ｔ−形成する際に、
同時に形成するため、多結晶シリコン酸化膜６の膜厚は
ｗ４２のダート酸化膜７の膜厚によって決められてしま
うことである。

したがって、高集積化にともない、第２のダート酸化膜
厚を薄くして行く場合、多結晶シリコン酸化膜も必然釣
に薄くなってしまうため、第１の多結晶シリコン膜５と
ＩＢ２の多結晶シリコン膜８０闇の絶縁耐圧のは下や寄
生Ｗｉｌｌの増大が起こる。

以上説明したように、従来の半導体装置の製造方法によ
る２層多結晶シリコン構造の製造方法には、基本的には
大きな間融点を有している。

この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
ものでｆＪ）、　　）ランジスタのしきい値電圧の変動
がなく、シかも任意の厚さの多結晶シリコン酸化膜が形
成可能でかつ半導体装置の信頼性の向上、蓄積電荷電の
増大が可能となるとともに、多結晶シリコン膜中の不純
物が高温の熱処理でダート酸化ａｔ通してシリコン単結
晶基板中に拡散することも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。

以下、この発明の半導体装置の製造方法の尖施カについ
て図面に基づき説明する。第２図（Ｊｋ）ないし第２図
（ｉ）はその一実施例の製造工程を示す断面図である。

この−２図（ａ）〜第２図（ｉ）において、第１図（ａ
）〜第２図（ｅ）と同一部分には同一符号を付して述べ
ることにする。

まず、第２−（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板
１にシリコン輩化換を耐酸化マスクとして用いた通常の
選択酸化法によｐ、フィールド酸化膜２によって分離さ
れた活性領域３を形成する。

次に、活性領域３のシリコン表面を熱酸比することによ
って、ダート酸化膜４１を第２因（ｂＪに示すように形
成した後、１０００°〜２０００℃のアンモニアガス雰
囲気中にて熱処理上行い、シリコン酸化ｌＩｋ表面を窒
化し、第２図（Ｃ）に示すように、シリコン菫化１１１
４ｚｔ−形成する。

しかる後に、第１の多結晶シリコン１ｍ！５を化学気相
反応法により、全曲に堆積する（第２図（ｄ））。

この第１の多結晶シリコン膜５にＡｓ　（砒素）、Ｐ（
リン）、あるいはＢ（ポロン）などの不純物を熱拡散法
あるいにイオン注入法によってドープし、尋電性をもた
せる。

次に、リングラフィ技術により、ホトレジストｔマスク
として、第１の多結晶シリコン族５をエツチングし、パ
ターン形成を行い゛−第２図（ｅ）に示す―造とする。

次いで、第２図（ｆ）に示すごとく、シリコン窒化膜４
２を耐酸化マスクとして、熱酸化し、第１の多結晶シリ
コン膜５上にのみ多結晶シリコン酸化膜６を選択的に形
＆する。ここで、トランジスタ形成領域はｆ−）酸化膜
４１とシリコン窒化膜４２とで被われているため、従来
の製造方法で起こるｋｌの多結晶シリコン膜５からのト
ランジスタ形成領域への不純物のドーピングにこの実施
例による方法では全く起こらない。しｆＣがって、トラ
ンジスタしきい値電圧の変動も起こり得ない。

また、この工程でに、多結晶シリコン族６のみを形成し
、従来の製造方法での第２のゲート酸化膜７（第１図（
Ｃ）　）の形成は行われないので、第２のゲート酸化膜
７の厚さによって、多結晶シリコン酸化膜厚が制限され
ることなく、任意の膜厚の多結晶シリコン膜が形成可能
である。

したがって、ダート酸化ｐＩ４ｔ−薄くした場合でも、
第１の多結晶シリコン膜５と第２の多結晶シリコン膜８
間の絶縁耐圧の低下％寄住答蓋の増大も防止できる。

この後、第２の多結晶シリコンｊ１！８の堆積（＃！２
融□□□））、第２の多結晶シリコン膜８への不純物の
ドーピング、リングラフィ技術を用いてのノ譬ターン形
！ｙ、（１１４２図（ｈ）　）　’ｔ−前記第１の多結
晶シリコン膜５の場合と同様に行う。

次に、シリコン巣結晶中に不純物を拡散し、拡散層９′
に杉成し％第２１Ｗ　（ｉ）に示す構造を作る。さらに
、内面では示していないが、保護用絶縁膜、金楓配ｈｔ
公知の技術により形成し、半導体装置を完成させる。

前記第１の実施例において、第２図（ｅ）に示すように
、１０００℃〜２０００℃のアンモニアガス雰囲気中で
熱処理を行い、シリコン酸化膜狭面を窒化し、シリコン
窒化膜４雪を形成しｆＣ後、引き続き、９００−１１０
０℃酸化性豚囲気で熱処理し、創ｇαシリコン窒化膜４
２の表面を酸化することによシ、シリコン窒化膜４２の
一部をシリコン酸化膜とし、シリコン酸化膜−シリコン
窒化膜−シリコン酸化膜からなる３層構造としｆＣ後、
以降第１の実施的と同様な方法で半導体＆飯を完成させ
る。この場合も第１の実施例と同様な効Ｎｋを得ること
ができる。

上記からも明らかなように、この発明においては、第１
のダート酸化膜４Ｉと第２のゲート酸化膜７を同時に形
成してし１い、しかも第１のダート酸化膜４１０表面を
窒化し、シリコン窒化膜４２で被覆してしまうため、第
１の多結晶シリコン膜５と第２の多結晶シリコン膜８間
を絶縁する多結晶シリコン酸化膜６の、ｅ敗時にトラン
ジスタ形成領域へのｆｉｌｌの多結晶シリコン膜５から
の不？！４ＡＶ！Ｉのドーピングは全く起こらないので
、トランジスタしきい値電圧の変動は発生せず１女定し
ｆｃを注が得られる。

また、前記不純物ドーピングの心配がないので、多結晶
シリコン膜に充分な量の不純物を添加でき、抵抗を下け
ることが可能となり、回路ｅ＃性の向上が囚れる。

さらに、この発明でに、第２のダート酸化膜形成と多結
晶シリコン酸化膜形成とを同時に行わないため、従来の
製造方法での帛２のダート酸化護岸によって多結晶ンリ
コン酸化展厚が制限されることはない。このため、任意
の膜厚の多結晶シリコン酸化膜が形成可能となり、従来
の製造方法で第２ダート酸化膜を博くした場合に発生す
る第１の゛多結晶シリコン展間の絶＃１ＴＩｔ圧のは下
と筈生谷ｋｏ場大と云った間融を解決できる。

加えて、シリコン酸化膜表向ｔ−輩化して、シリコン窒
化膜で全面金被覆しているため、可動イオン（ナトリウ
ム、カリウムなど）＋水分の侵入が防止で廼、半導体装
置の信頼性が向上する。そして、シリコン窒イヒ膜はシ
リコン散１ｔ：、農に比べて酵電率が大きいため、ゲー
ト絶縁膜をシリコン酸化膜のみで形成し′ｆｃ場合よｐ
も、＝ンｒンサの容蓋を大きくでき、蓄積電荷量が増大
する。

また、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜よりも不純物マ
スク効果が大きいため、多結晶シリコン膜中の不純物が
高温の熱処理でダート酸化膜七通してシリコン本結晶基
板中に拡散することも防止できるも□のでるる。これら
−利点にともない、こない新しい多くの利点が得られる
ものである。

以上詳述したように第１の発明の半導体装置の製造方法
によれは、シリコン酸化ａ表１ｒｉｔ窒化してシリコン
窒化膜全形成した後隅１の多結晶シリコン膜と多結晶シ
リコン酸化膜および第２の多結晶シリ；ン膜を順次形成
し、また、＃！２の発明の半導体装置の製造方法ではシ
リコン窒化膜の形成後その一部ｔシリコン酸化膜として
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜かう
なる３層構造を形成した後隅１の多結晶シリコン膜と多
結晶シリコン酸化膜および第２の多結晶シリコンミｔ順
次形成するようにしたので、トランジスタのしきい値電
圧の変動の発生防止が可能とを夕、安定した特性、１１
ｇ１路特性の向上が可能となるとともに、多結晶シリコ
ン酸化膜の膜厚を任意に得られる。

また、第１と第２の多結晶シリコン膜間の絶縁耐圧の低
下を防止できるとともに、可動イオンや水の侵入を防止
でき、＃−導体装ｋ（Ｄｆｌｉ軸性の向上　　□が可能
となるばかシか、蓄積電荷量の増大が可能であることに
ガロえて、ダート酸化膜を通して多結晶シリコン膜中の
不純物がシリコン単結晶基板中に拡散するのを防止でき
るなどのすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないし第１図（ｅ、）はそれぞれ従来の半
導体装置の製造方法の工程を示すｌｌｌＴｉｉ図、第２
図（ａ）ないし第２図（ｉ）はそれぞれこの発明の半導
体装置の−＊施すの工＆を示す断面図でめる。 ｌ・・・シリコン率結晶基板、２・・・フィールド欧化
膜、３・・・活性領域、４１・・・ｒ−ト酸化’ｌｌａ
＊４ｇ・・・シリコン窒化膜、５・・・第１の多結晶シ
リコン膜、６・・・多結晶シリコン酸化膜、８・・・第
２のダート酸化膜、９・・・拡散層。 矛　１　図 矛２図 矛２図 手続補正書 昭和５７年５月２８日 特許庁長官島　１）春　樹膜 １、事件の表示 昭和５６年　　特　許　願第　２０９８４４２、発明の
名称 半導体装ｔｏ製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特　許　出願人 （０２９）沖電気工業株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和　　年　　月　　日（自発
）６、補正の対象 明細書０４１許Ｉｌ求Ｏ範囲および発明の評細なｌＩ！
＠０欄 ２　補正の内容 １）明細書の「２特許請求の範囲」を別紙の通り訂正す
る。 ２）８Ａ細誓書４６行「リン」を「リソ」と訂正する。 ３）同４頁１２行「Ｋよシ半導体」を「によ多形成し、
半導体」と訂正する。 ４）同４頁１８行「酸化膜」を削除する。 ５）同６頁１１行「こともできる」を「ことも防止でき
る」と訂正する。 ６）同７頁５行ｒ２０００Ｊをｒ１２００Ｊと訂正する
。 ７）同８頁１４行「シリコン膜」を「シリコン酸化膜」
と訂正する。 ８）同９頁１０行ｒ２０００Ｊをｒ１２００Ｊと訂正す
る。 ９〕同１１頁２行および３行「第１の」を「第１と第２
の」と訂正する。 ２、特許請求の範囲 ＋１１シリコン単結晶基板上の厚いシリコン酸化膜によ
って分離されたシリコン表面に熱酸化によシリコン酸化
膜を形成した後アンモニアガス雰囲気中で熱処理を行っ
てシリコン酸化膜表面を窒化しシリコン窒化膜を形成す
る工程と、上記シリコン窒化膜の形成後にその上面に第
１の多結晶シリコン膜を化学気相反応法により堆積して
リングラフィ技術によシ前記第１の多結晶シリコン膜の
７４’ターン形成を行う工程と、このノリーン形成後上
記シリコン窒化膜を耐酸化マスクとして熱酸化しノリー
ニングされた第１の多結晶シリコン膜上のみに多結晶シ
リコン酸化膜を選択的に形成する工程と、第２の多結晶
シリコン膜を上記シリコン窒化膜上および上記多結晶シ
リコン酸化膜上に堆積する工程とを含む半導体装置の製
造方法。 （２）シリコン巣結晶基板上の厚いシリコン酸化膜によ
って分離され九シリコン表面に熱酸化によシ　　　゛シ
リコン酸化膜を形成した後アン羊ニアガス雰囲気中で熱
処理を行いシリコン酸化８１表面を窒化してシリコン窒
化膜を形成する工程と、上目己シ１ノコン窒化膜の形成
後に酸化性雰囲気中で熱処理を行い上記シリコン窒化膜
表面を酸イヒすることによりシリコン窒化膜の一部をシ
リコン酸化膜とする工程と、第１の多結晶シリコン膜を
イヒ学気相反応法により堆積した後にリングラフィ技術
により上記第１の多結晶シリコン膜の７４ターン形成を
行う工程と、上記シリコン窒化膜を耐酸イヒマスクとし
て熱酸化してノリーニングされた第１の多結晶シリコン
膜上のみに多結晶シリコン酸イし膜を選択的に形成する
工程と、工ｈｉ−シリコン酸イヒ膜上および上記多結晶
シリコン酸化膜上に第２の多結晶７１ノコン膜を堆積す
る工程とを含む半導体装置の製造方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋シリコン単結晶基板上の厚いシリコン酸化膜によ
   って分離されたシリコン表面に熱酸化によシリコン酸化
   編上ト成した後アくモニアガス雰囲気中で熱処理を行っ
   てシリコン瞭化膜−面を窒化しシリコン窒化膜を形成す
   る１振と、上記シリコン窒化膜の形成後にその上面に第
   １の多結晶シリコン膜を化学気相反応法により堆積して
   リング２フイ技術により前記第１の多結晶シリコン膜の
   ７４ターン形成を行う工程と、この／４ターン形成後上
   記シリコン窒化膜を耐酸化マスクとして熱酸化しｐ４’
   ターニングされた纂ｌの多結晶シリコン膜上のみに多結
   晶シリコン数比Ｉｘを選択的に形成する１振と、Ｉ！２
   の多結晶シリコン膜を上記シリコン窒化膜上および上記
   多結晶シリコン膜上に堆積する工程とを含む半導体装置
   の製造方法。 （２）シリ；ン単結晶基板上の厚いシリコン酸化膜によ
   って分離されたシリコン表面に熱酸化によタシリコン＆
   化膜ｔ″形成した後アンモ“ニアガス雰−気中で熱処理
   を行いシリコン敏化膜衆面を窒化してシリコン窒化膜を
   形成する工程と、上記シリコン窒化膜の形成後に緻ｆｐ
   性雰囲気中で熱処理を行い上記シリコン窒化１に表面ｔ
   −酸化することによりシリコン窒化膜の一部をシリコン
   酸化膜とする工程と、第１の多結晶シリコン膜を化学気
   相反応法により堆積した後にリング２フイ技術にょシ上
   記＠１の多結晶シリコン膜のパターン形成を行う工程と
   、上記シリコン窒化膜を耐酸化マスクとして熱酸化して
   パターニングされた第１の多結晶シリコン膜上のみにシ
   リコン酸化膜を選択的に形成する工程と、このシリコン
   酸化編上および上記多結晶シリコン酸化膜上に第２の多
   結晶シリ；ン膜を堆積する工程とを含む半導体装置の製
   造方法。