JPS59126628A - 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】 本発明は、半導体装置の拡攻層もしくは多結晶シリコン
などの配線層と層間の絶縁膜上の金属配線層とを接続す
るコンタクト窓の段差における核金属配線層の断線を防
止することを図った半導体装置の製造方法に関する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は、従来の多結晶シリコンゲート
ＭＯ８）ランジスタの製造方法について説明するための
工程順の断面図である。第１図（ａ）において、例えば
Ｐ型基板１に、フィールド酸化ｔ＆２を形成した後、そ
の酸化膜２を選択除去する。ゲート酸化）漠３、多結晶
シリコン層４を形成する。多結晶シリコン層はゲート電
極及び配線となる領域のみ選択的に残し、ソースドレイ
ン拡散層５ａ、５ｂを自己整合法で形成する。つぎに、
同図（ｂ）のように、全面に気相成長法で、酸化膜もし
くはリンガラス（ＰＳＧ）膜などの絶縁膜６を成長させ
、コンタクト窓７ａ、７ｂを開孔する。次に、同図（Ｃ
）のように、金属配線、たとえばアルミ８を蒸着しパタ
ーニングすることで、ＭＯＳ）ランジスタを形成する。

この製造方法において、コンタクトざの開孔部７ａ、７
ｂの絶縁膜６の段差が大きく、急峻な場合、第２図で示
すように、金属配線８がコンタブト部で段切れする恐れ
があった。

これを改善する方法として、第３図に示すように、コン
タクト開孔部の絶縁膜６の段差９ａ、９ｂになだらかな
傾斜をつけて金属配線１０の段差での被覆をよくして、
段切れを防止していた。この傾斜をつける方法としては
、コンタクト開孔用の感光性被膜（以下フォトレジスト
と言う）と下地の絶１琢膜の密着性を故意に悪くする方
法、たとえば、絶縁膜６の表面に化学的もしくは物理的
な処理を行なう方法や、エツチング速度の大きいリンガ
ラス層を薄く表面に形成する方法がある。このような方
法により、酸化膜のエツチングでのサイドエッチ殖を犬
キくシて、傾斜をつけていたが、このような方法では、
サイドエッチ量が大きすぎるなど、密層性にはらつきが
生じて、サイドエッチ量が一定しない場合があった。こ
のため、パターンの大きさに対する制御性が要求される
集積回路の製造方法で使用する場合、コンタクト窓周辺
の設計に十分な余裕をもたないと、コンタクト窓が拡が
シすぎた時、ソース・ドレイン電極とゲート電極が短絡
する場合があって、歩留りが安定しない恐れがめった。

本発明の目的は、前記の欠点をなくシ、かつ高集積化に
適した半導体装置の製造方法を提供するものである。

本発明では、シリカフィルムを回転塗布した時、コンタ
クト開孔部のような凹部にはシリカフィルムが厚く、段
部の高いｂ（には薄く塗布されることを利用して、コン
タクト開孔部を平坦化して段切れのない配線層を作る。

つぎに本発明の一実施例について説明する。

第４図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例として、Ｎ型
シリコンゲートＮ■ＯＳトランジスタの製造方法を示す
工程順の仕掛シ品基板の断面図である。まず、第４図（
ａ）のように、例えば、４〜１５Ω・確の第１の導電型
、例えばＰ型シリコンウェーハ１１を準備し、このシリ
コンウェーハ１１の表面に、熱酸化で厚さ０５μｍｇ度
の酸化膜１２を成長させ、トランジスタを形成させる領
域の酸化Ｊｊ−をエツチングによシ選択除去する。その
領域にゲート酸化膜１３を熱酸化により５００〜１００
０Ａの厚さで形成する。この後に、ＭＯＳ　トランジス
タのＶＴを設定するイオン注入を行なうこともある。つ
ぎに、厚さ０．４〜０．６μｍの多結晶シリコン膜をシ
リコンウェーハ全面に成長させる。そして、この多結晶
シリコン膜に対してプラズマエッチなどによりＭＯＳト
ランジスタのゲート市、極４または配線となる領域を残
してその他の領域の多結晶シリコン膜を除去する。さら
にＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタのソース及びドレ
イン領域の拡散層１５ａ、１５ｂにリンまたはヒ素のイ
オン注入をたとえば１０１５〜１０１−一の高注入ｔで
行なうか、または、リン等の熱拡散によって形成する。

なお、前記のソース及びドレインの形成工程でゲート電
極用多結晶シリコン１３には、リンまたはヒ素の第２導
電型、例えば、Ｎ型不純物が導入され、低抵抗の電極と
なる。次いで、第４図（ｂ）　Ｋ示すように、シリコン
ウェーハ表面に気相成長法・により厚さ０．５〜１．０
μｍの酸化シリコン膜もしくはリンカラス（ＰＳＧ）等
の絶縁膜１６を成長させる。次いで絶縁膜１６に対して
電萼形成用のコンタクト窓１７ａ、１７ｂを形成する。

この孔は第２図で示すような急峻な段差となっていても
よい。つぎＶて、コンタクトｈ孔後、第４図（Ｃ）のよ
うに、全面に気相成長法を用いて不純物のない多結晶シ
リコン層もしく　ＩＱリンをドープした多結晶シリコン
層１８を０．５μｍ程市の厚さで形成する。このとき、
コンタクト開孔部にも多結晶シリコン層１８が成長する
が、この部分では凹状態となっている。なおドープして
いない多結晶シリコン層の場合、リン等の不純物を導入
する工程を套装とする。次に、シリカフィルム膜１９を
回転塗布法で形成する。その膜厚は、シリカフィルム１
９の粘度、コーティング時の回転数などで変わるが、平
坦ウェーハで通’＃；５００〜１０００Ａの厚さとなる
。コンタクトの凹部１７ａ、１７ｂにはくぼみがうまる
程度のハ２．さの３０００〜５０００Ａのシリカフィル
ム２０ａ、２０ｂが形成される。次いで熱処理を５００
℃程度で行なうとシリカフィルム膜１９は二酸化シリコ
ンを主成分として固くなる。

次に、第４図（ｄ）のように１酸化シリコン漠のドライ
エッチ（リアクティブイオンエッチなど）をコンタクト
開孔部の厚い酸化シリコン膜２０ａ　、　２０ｂのみが
残るように熱酸化シリコン膜が１００ＯＡ〜２０００Ａ
除去されるエツチング時間を設定して行なう。それから
、このコンタクト開孔部に残された酸化シリコンＩ漠２
０ａ、２０ｂをマスクとして第４図（ｅ）のように多結
晶シリコン膜１８のエツチングを行ない、　ノｇ１８を
除去する。次いでコンタクト開孔部の酸化シリコン１ｌ
ｉ２０ａ、２０ｂを除去する。

この時、多結晶シリコン膜１８の膜厚の１部、例えば１
０００Ａ程度を残しておき、コンタクト開孔部に残って
いる酸化シリコン膜２０ａ、２０ｂを先に除去してから
、残シの多結晶シリコン膜１８を完全に除去する方法も
ある。このようにすれば、フィールド部分の酸化膜はエ
ツチングにさらされることがないからもとの状態の厚さ
を維持できる。

このような工程の完了後の状態を見ると、コンタクト開
孔部にのみ多結晶シリコン２１ａ、２１ｂが残り、他の
部分の多結晶シリコンは除去されている。

このコニ惨タクト開孔部には多結晶シリコン２１ａ。

２１ｂが残るため従来のように急峻な段差がやわらげ、
られ段差の高さも小さくなシ、コンタクト部は平坦に近
い形となる。次に、第４図（ｆ）のように、全面にアル
ミ２２を蒸着し、配線領域となる部分を選択的に残し、
４５０℃程度の温度のアロイ処理を行なってシリコンゲ
ートトランジスタが完成する。更に、素子領域の保護の
ため二酸化シリコン膜等の絶縁膜を気相成長法などによ
って形成し、配線に必要な部分にのみ開孔し製造工程が
完了する。

このような本発明方法では、シリカフィルムを回転塗布
した時の段部の高い所は薄くなり、段部の低いくぼんだ
所は厚く塗布されるという特性を利用して、コンタクト
開孔部の凹部に多結晶シリコン層を残し、コンタクト部
の開孔部の段差を低減することによってコンタクト開孔
部の金属配線の段切れを防止することができる。また、
コンタクト開孔部の孔の大きさは、テーパーエッチを利
用しなくてもすむため、フォトレジストで開孔された孔
の大きさと同じ大きさで絶縁膜に開けることができる。

ま７ζ、多結晶シリコンが開孔部に残るため、拡散層の
端までの距離を小さくすることができ、コンタクト周辺
における設計上のマージンを小さくすることも可能とな
って、高集積化に適したものと言える。

また、第４図において、コンタクト開化後に成長する多
結晶シリコン模１８は成長時に不純物を導入しておくか
、成長後すぐに不純物を導入している。これをシリカフ
ィルムを回転塗布し熱処理Ｌ、更にコンタクト開孔部以
外のシリカフィルム膜を除去して第４図（ｄ）の状態と
した後で、ンース・ドレイン拡散層と同一の不純物を多
結晶シリコン中に熱拡故もしくはイオン注入法で導入す
るようにして、多結晶シリコンをエツチング除去すれば
、ドープした多結晶シリコンのエツチング速度ハ速く、
ノンドープの多結晶シリコンはそれよシも遅くなる。上
記のエツチングレートの差を利用してコンタクト開孔部
を平坦化することも可能である。

なお、上側ではＰ型を第１導電型、Ｎ型を第２導電型と
したＮチャンネルＭＯ８）ランジスタを実施例として説
明したが、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型として
、コンタクト開孔部に残す多結晶シリコンをＰ型（第２
導電型）のものとして、ＰチャンネルＭＯ８）ランジス
タについて適用できることは言うまでもない。さらに、
Ｐチャンネル型とＮチャンネル型のシリコンゲートＭＯ
Ｓトランジスタを有する相補型ＭＯＳトランジスタにつ
いても、ノンドープの多結晶シリコン層を成長させる工
程と７オトレジストエ程を用いてイオン注入法などによ
シ、不純物の導入を切換えるどとを行なってＰ１拡散層
及び？多結晶シリコン層に対するコンタクト開孔部には
Ｐ型多結晶シリコンを、また、Ｎ型拡散層及びＮ型多結
晶シリコン層に対するコンタクト部にはＮ型多結晶シリ
コン層を残すことによシ、本発明と同様の構造を、それ
ぞれのＭＯＳトランジスタに形成することができる。

また、コンタクト部の段差がなくなったため、金属配線
層の厚さを薄くしても配線の断線の恐れがなく、この上
に第２の金属配線層を形成する多層金属配線構造を適用
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は従来のＮチャンネルシリコンゲ
ートＭＯ８）ランジスタの製造方法を説明するだめの工
程順の断面図、第２図は従来方法によ多形成したトラン
ジスタにおけるコンタクト段部の断線状態を示す図、第
３図は従来の方法で開孔部になだらかな傾斜をつけた場
合の断面図、第４図（ａｌ〜（ｆ）は本発明の製造方法
の一実施例として示したＮチャンネルＭＯ８）ランジス
タの製造工程順の断面図である。 １．１１・・・・・・Ｐ型基体、２．１２・・・・・・
フィールド酸化膜、３，１３・・・・・・ゲート［化膜
、４，１４・・・・・・ゲート多結晶シリコン、５ａ、
１５ａ、５ｂ１５ｂ・・・・・・ソース及びドレイン拡
散層、６．１６・・・・・・層間絶縁膜、７ａ、１７ａ
、７ｂ、１７ｂ・・・・・・コンタクト開孔部、８・・
・・・・金属配線層、９ａ。 ９ｂ・・・・・・なだらかな傾斜をつけた開孔部、１０
・・・・・・金属配線層、１８・・団・多結晶シリコン
層、１９・・・・・・シリカフィルム、２０ａ、ｚｏｂ
・・・・・・コンタクト開孔部の厚くなったシリカフィ
ルム、２１ａ。 ２１ｂ・・・・・・コンタクト開孔部に残した多結晶シ
リ第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型半導体基体表面上に設けられた第２導電型半
   導体領域と該基体上に形成された絶縁膜上の金属配線層
   を接続するだめのコンタクト窓を形成する工程と、つぎ
   に全面に多結晶シリコン層を形成し、この多結晶シリコ
   ン層に第２導電型不純物を導入する工程と、酸化シリコ
   ンを含有する被膜を回転塗布により全面に形成し表面を
   平坦化する工程と、前記コンタクト窓開孔部の多結晶シ
   リコンの凹部に前Ｐ岬化シリコン被嘆を残す工程と、前
   記残留した酸化ンリコン被幌をマスクとし前記多結晶シ
   リコン膜をか択的に除去する工程と、前記の残留する酸
   化シリコン被膜を除去して多結晶シリコン上に金属配線
   層を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。