JPS5850755A - 半導体装置 - 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１層間絶縁体膜を他の絶縁体膜で包囲し、信
頼性をより向上させるように改良した半導体装置に関す
る。

高集積化されるＩＣ，Ｌ８Ｉ等の半導体装置にあっては
、その高信頼性がよりはげしく要求されるようになって
き七いる。このような半導体装置にあっては、素子領域
を有する半導体基板１に１層間絶縁体膜として、高温［
Ｐ２Ｏ（Ｐｈｏｓｐｂｏ　８１１１ｃａｔ＠Ｇｌａｍｓ
　ｍｓリンガラスを主成分とする絶縁物）を用い、この
高濃度Ｐ２Ｏ膜等をリフローして、素子表面部を平滑化
している。すなわち、配線金属層や下地段差部での凹凸
による配線金属層の断線を防止するようにしているう しかし−このような層間絶縁体膜は、高濃度のリンを含
むＰＳＧ膜で構成されるものであるため、このＰＥＧ膜
が吸湿した場合、高温、高湿の状態でリンが溶は出して
、その上部の配線金属層、例えばアルミニウム配線層に
腐食が生−じ、これにより断線事故が発生することがあ
る。

また、吸湿時にはＰ’８Ｇ膜部で分極が起こり、例えば
を生フィールドＭＯ８を構成する場合に不安定要素とな
る場合もある。さらに−例として、半導体装置とし−（
Ｃ−ＭＯ８を構成する場合、この製造プロセスにおいて
層間絶縁体膜として用いるＰ２Ｏ膜のりフローを行なう
場合。

コンタクトホール部分でＰチャンネルＭＯ８）ランジス
タのソース、ドレイン領域のＰ型部分に、Ｐ２Ｏ膜から
リンが拡散される状態となり。

Ｍ０８トランジスタの特性がそこなわれてしまうような
問題も存在する。

この発明は、上記のような点に鑑みなされたもので１層
間絶縁体膜を高濃度のリン等を含んだ絶縁物で構成した
場合でも、吸湿してすンが溶は出して発生するような事
故を防止し、またリンの拡散されるような状態も生じな
いようにして、高密度化のもとにさらに高信頼性が確実
に得られるようにするＩＣ，Ｌ８Ｉ等の半導体装置を提
供しようとするものである。

−すなわち、この発明に係る半導体装置は、高＠変のリ
ン等を含んだ層間絶縁体膜を、例えば窒化シリコン等に
よる他の絶縁体膜で包囲するようにＩｉ！成するもので
、この絶縁体膜によって層間絶縁体膜からのリンの溶出
、拡散等を阻止するものである。

以下図面を参照してこの発明の一実施例に係る半導体装
置を、その製造プロセスにもとすき説明する。まず、半
導体基板として第１図に示ｊＪ、　５ニＰｆＪｌ−１０
Ｑ−ｍ（１００）結晶面を有する単結晶シリコン基板１
１を用い、この基板１１の表面には、２００〜１０００
＾の熱酸化膜１２を形成し、さらにとの熱酸化膜１２上
に窒化シリコン（８１，Ｎ４）膜１３を形成する。

そして、第２図に示すように、例えばＭＯ８）ランジス
タ等となるべき活性領域１４を残して、上記窒化シリコ
ンｐＩＸＪ　’Ｊを部分的に除去する。

この窒化シリコン膜ＩＪの部分的除去手段としては、こ
の、シリコン膜１３土にフォトレジストによるマスクを
形成し、　ＣＨ，−０，ガス系のｌラズマエッチングに
より、フォトレゾストによりマスクされない部分の窒化
シリコン膜を除去して第２図に示すような状態とする。

この第２図に示すように・リーン化された窒化シリコン
膜１３は、シリコン基板１１の熱酸化に対して、耐酸化
性マスクとして作用するもので、この耐酸化性マスクを
利用して、いわゆる選択酸化法によって第３図に示すよ
うに活性領域１４を除く部分にフィールド領域１５を形
成する。そして、このフィールド領域１５を形成した後
−に、第４因に示すように窒化シリコン膜ＩＪおよび熱
酸化膜１２を除去する。ここで、フィールド領域Ｊ５は
、０．７〜１．２−μ種間であれば充分である。　　　
□ なお、上記フィールド領域１５を形成する選択酸化に先
立ち、フォトレジスＦをマスクとしてｖリボン基板１１
の活性領域１４以外の部分に、イオン行込み法で一ロン
を打込み、寄生フィールドＭＯ８）ランジスタの反転防
止のためにＰ型チャンネルストツノ９１６を形成する。

次に１記シリコン基板１１のフィールドｉ自域１５で形
成される開口内、すなわち活性領域１４部分に、熱酸化
処理によってｆｆ−）酸化膜１１を、第５図に示すよう
に形成する。このように活性領域１４に二酸化シリコン
膜１１を形成した後、フィールド領域１５を含むシリコ
ン基板１１の全面に、リンまたはヒ累を高濃度にドープ
した多結晶シリコン、または高融点金嬌であるタングス
テン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはそれらのシリナ
イド等を全面にわたり０．３〜０．４μの厚さで析出さ
せる。以下この例では説明の便宜り多結晶シリコンを代
表として説明する。

次に、上記のようζ；全面に形成された多結晶シリコン
膜のＭ０８トランジスタの？−１分。

または配線層となるべき部分をフォトレジストによって
選択的にマスクし１例えばＣＨ，−）０゜系ガスのゾラ
ズマエッチングによって、＠５図のように多結晶シリコ
ン１８を残存させる。そして、このノ譬ターンを形成し
た多結晶シリコン１８０表面に熱酸化（；よって５００
〜１００ＯＡの二酸化シリコン膜１．９を形成した。引
き続き。

イオン打込みによって活性領域１４の多結晶シリコン１
８の）ぐターン部を除く部分に、リンまたはヒ素を打込
み、ソース、ドレイン領域２０を形成する。この場合、
上記実施例ではイオン打込みでソース、ドレインを形成
すべき領域の表面には、５００〜１００ＯＡのｒ−）酸
化膜として形成した二酸化シリコン膜１１を残した状態
でイオン打込みを行なうように説明したが、これはソー
ス、ドレインを形成する領域の゛基板１１表面を４出し
て行なうようにしてもよいことはもちろんである。また
、ノｌターン化された多結晶シリコン１８の表面に二酸
化シリコン膜１９を形成せずに行なってもよい・ 次に、上記のように形成串れたシリコン基板１１の全面
に対して、窒化シリコン膜を５００〜１００ＯＡで析出
形成し、前述したと同様にフォトレジスト書＝よるマス
クを用いプラズマエツチングによって、第６図に示すよ
うに例えばソース、ドレインとなる部分、さらにｒ−）
となる多結晶シリコン１８部に対応してノ臂ターン化し
た第１の絶縁体膜２１を形成する。

このように１＃！１の絶縁体膜２１を形成した後、８０
０〜１０００℃程度の比較的低い温度のスチーム中で、
多結晶シリコン１８およびソース。

ドレイン領域２０等を酸化して、８７図６＝示すように
部分的に厚い酸化膜領域２２を形成する。

°次いで、第８図に示すように８〜１２重量／１−セン
ト程度のリンを含んだＣＶＤ８ｉ０．膜（以下Ｐ２Ｏ膜
と称する）を全面に１μ程闇の厚さで形成し、このＰ２
Ｏ膜によって層間絶縁体膜２３を構成させる。そして、
一般的なフォトリソおよびＨＰ水溶液系のエツチング液
で、前記＄１の絶縁体膜２１に対応するコンタクト領域
部に、上記！＠１の絶縁体膜２１に至る第１のコンタク
トホール２４を形成する。

このように第１のコンタクトホール２４を有する層間絶
縁体膜２３を形成した後、窒素またはスチーム中で１０
００℃前後で熱処理を行ない、層間絶縁体膜２３を構成
するＰ２Ｏ膜の軟化流動（いわゆるＰＥＧリフ０−）に
よりで、特に第１のコンタクトホール２４の鋭角部をゆ
るやかにする。そして、第９図に示すように例えば窒化
シリコン膜または二酸化シリコン膜、さらには２〜７重
量ノ譬−セント程闇種間ンを含んだ低温［Ｐ２Ｏ膜等を
全面に析出形成して、第２の絶縁体膜２５を形成する。

この実施例では、特に窒化シリコン膜を析出して第２の
絶縁体膜２５を形成する場合を代表して説明する”。

すなわち、上記のように全面に１１ｇ２の絶縁体膜２５
を形成する状態となると、図からも明らかなように、第
１のコンタクトホール２４部に対応して、第１の絶縁体
膜２１を構成する窒化シリコン膜と、第２の絶縁体膜２
５を構成する窒化シリコン膜とが接合する状態となり、
層間絶縁体膜２３は、＠１および第２の絶縁体膜２１．
２５によって包囲される状態となる。

第１０図は＠１のコンタクトホール２４によって、第１
および＠２の絶縁体膜２１．２５が接合される部分を拡
大して示したもので、前記＠１のコンタクトホール２４
の中心部に対応して、この第１および第２の絶縁体膜２
１．２５の接触領域よりも充分小さな＠２のコンタクト
ホール２６を、この第１および第２の絶縁体膜２１、ｊ
１５を貫通し７て多結晶シリコン１８さらにソース、ド
レイン領域２０のコンタクト部に至るまで穿設する。す
なわち、この第２のコンタクトホール２６の局縁部で、
＄１の絶縁体膜２１としての窒化シリコン膜と、第２の
絶縁体膜２５としての窒化シリコン膜とが接触していて
１層間絶縁体膜２３を構成するＰ２Ｏ膜は露出されない
包囲された状態となる。

この第２のコンタクトホール２６を形成する手段として
は、フォトレジストによるマスクを用いで第１および第
２の絶縁体膜２１．２５を、二酸化シリコン膜１１．１
９があられれるまで例えばＣＨ４＋０．系のプラズマエ
ツチングでエツチングし、さらにこの二酸化シリコン膜
１Ｆ、１９を例えばフッ酸系のエツチング液でエツチン
グしニシリコン基板１１および多結晶シリコン１８の表
面が露出されるようにすればよい。

このようにして第２のコンタクトホール２６が形成され
た後は、第１１図に示すように例えば約１ノＩ−セント
のシリコンを含んだアルミニウム層をスｔ＋ツタリング
デポジシブン法で析出し、所定゛の配線金属層２７を形
成し、引き続き全面Ｉ：プラズマデポジション法によっ
て、いわゆるプラズマナイトライド（窒化シリコン膜）
層２８を形成して、この半導体装置を完成する、すなわ
ち、上記のように構成される半導体装置においては１表
面全体にわたってＰ２Ｏ膜で構成した層間絶縁体膜２３
が、窒化シリコン膜による第１および第２の絶縁体膜２
１．２５によって包囲されるように、、なる。したがっ
て、高温、高湿によってＰ２Ｏ膜のリンが溶は出すよう
な状態下にあっても、その上部の配線金属層２１が貧食
されるような事故は確実に防止される。したがって、こ
の配線金属層２７に対する信頼性が著、るしく向上され
る。また、Ｐ２Ｏ膜の下部には、第１の絶縁体１ｉＸ２
ｘおよび二酸化シリコン膜２２が存在するようになり１
層間絶縁体膜２３を構成するＰ２Ｏ膜のりフロ一時に、
シリコン基板１１に対する影響は無いものであ、す、高
濃度のＰＳＧ膜を用いた場合、あるいはスチーム中でリ
フローを行なった場合でも、シリコン基板１１に対する
影響は確実に阻止される。その結果、リフロ一温度を低
くすることができ、ソース、ドレインとしての拡散層の
再分布がおさえられ、特に短チャンネル化、微細化を進
める上で優れた効果を発揮し、高密開化に効果的なもの
とすることができる。

また、第１の絶縁体膜２１として窒化シリコン１莫を用
いても、これは所望の微小領域にツタターンを形成して
・いるのであるので、基板１１を構成するシリコンウェ
ファ−のそりは問題を生じない程度に低減できる。

なお、上記実施例でＮ−ＭＯ８ＩＣ，Ｌ　８１等１状態
で説明したが、これはそのままＰ　−ＭＯ８゜Ｃ−ＭＯ
８またはノ＋イポーラＩＣ等に適用することができるこ
とはもちろんである。また、この実施例では＠１の絶縁
体膜２１としての窒化シリコン膜をマスクして酸化を行
ない、厚い二酸化シリコン膜２２を形成したが、特にこ
の二酸化シリコン膜を厚く形成しなくともよいことが確
かめられた。さらに実施例では、第１および第２の絶縁
体膜２１．２５で包囲された層間絶縁Ｉ＠２３としての
Ｐ２Ｏ膜は一層で示したが、これはさらに多層構造とし
てもよいことはもちろんである。

以上のようにこの発明によれば、配線金属層が半導体基
板等と接続するコンタクトホールにおいて、このコンタ
クトホール鳴縁部で第１および第２の絶縁体膜が接触し
ており、例えば高濃度のリンを含んだＰＳＧ膜による層
間絶縁体膜が包み込まれるようになる。したがって、上
面はもちろんのこと、コンタクトホール部での横方向か
らの高温、高湿度におけるリンの溶は出しは確実に阻止
され、上面はもちろんコンタクトホール部での配線金ｗ
４層の舗食断Ｉ！事故の発生は確実に防止され、高信頼
性で且つ品果槓化の可能なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１１図はこの発明の一実施例に係る半導体
装置をその製造過程にしたがって説明する断面構成図で
ある。 １１°°・シリコン基板、１６・・・ブ、イールド領域
、１８・・・多結晶シリコン％２１・・・第１の絶縁体
膜、２３・・・層間絶縁体膜、２４・・・第１のコンタ
クトホール、１２５・・・第２の絶縁体膜、２６・・・
第２のコンタクトホール、２１・・・配線金属層。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江、武　彦嘔１ｇ 第４ｒ！！Ｊ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　素子領域を有する半導体基板上に、少なくと
   もこの素子領域のコンタクト領域を含むように第１の絶
   縁体膜を形成し、さらに上記コンタクト領域部で上記！
   Ｊ１の絶縁体膜に接触する′＠２の絶縁体膜を有し、こ
   の第１および第２の絶縁体膜で包囲されるようにして素
   子表面部を平滑化する層間絶縁体膜を形成してなり、上
   記コンタクト−域部で層間絶縁体膜を包囲する第１およ
   び゛第２の絶縁体膜の接触領域部に、この領域より小さ
   い径のコンタクトホールな貫通形成するようにしたこと
   を特徴とする半導体装置。
2. （２）１記第１および第２の絶縁体膜は窒化シリコン膜
   で構成し１層間絶縁体膜畔リンガラスを主成分とする絶
   縁物で構成するよう藏ニジた特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置。