JPS5929137B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPS5929137B2
JPS5929137B2 JP9748575A JP9748575A JPS5929137B2 JP S5929137 B2 JPS5929137 B2 JP S5929137B2 JP 9748575 A JP9748575 A JP 9748575A JP 9748575 A JP9748575 A JP 9748575A JP S5929137 B2 JPS5929137 B2 JP S5929137B2
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etching
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JP9748575A
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浩 仲宗根
てる夫 米山
康雄 飯塚
昇 奥山
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 従来半導体集積回路(以後ICと略称する)を製造する
に当つて、IC中の機能素子間を電気的に相互接続する
には導電性薄膜に依ることが多い。
具体的には半導体基体に設けた絶縁物層上にこの導電性
薄膜が積層され、絶縁物層を選択的に除去して形成した
小孔を通して露出した半導体基体と接続する。又この導
電性薄膜は他の膜層と交叉する場合も多く、この膜層は
絶縁性、半絶縁性又は導電性の場合もある。ところでこ
のような導電性薄膜は真空蒸着法で形成し、写真食刻法
を利用してICを製造すると膜層の厚さによつて段差を
生じる。これは場合によつては極端な段差となつて、時
にはオーバーハングした縁となることもある。このよう
な段差は導電性薄膜にクラックが発生する原因となりひ
いては製品歩溜り低下の原因となる。この種のクラック
を防ぐにはIC中の膜層の厚さを変化させたり、或は1
段で大きく変えず段数を増やして徐々に高さを変えるか
、更に又段差部分を食刻処理して傾斜面とする等の方法
で段差を小さくするよう配慮されて来た。このような段
数増加や傾斜面の形成はどうしても面積増加となり又膜
層の厚さを変化させるのは必要とする回路特性と相容れ
ない時が多い。一方シリコンゲート方式を採用した絶縁
ゲート形電界効果ICは集積度が向上するので賞用され
ているが、これでは前記導電性薄膜と共に絶縁物上に被
着したシリコンを交叉する必要があるので導電性薄膜の
クラック発生は大きな問題となる。本発明は上記欠点を
除去した新規な半導体装置及びその製造方法を提供する
ものである。
即ち燐及び硼素を含有したガラス層を半導体基体とこの
半導体基体に選択的に被着した絶縁物層上に被着した半
導体装置と、このガラス層の表面付近を平滑化する熱処
理工程後に半導体基体を露出する工程を実施したもので
ある。
ところでP2O,を含んだSiO2層即ちPSG層とB
2O3を含んだSiO2層即ちBSG層は熱処理工程で
溶融することが知られている。
しかし前記PSG層はP2O5の生成量増加に伴つて食
刻速度が増大して弗化アンモンで食刻した際熱酸化珪素
の食刻速度に比べて5〜6倍程になるので微細パターニ
ングが難かしい。一方BSGは含有されるB2O3量が
増大しないと溶融せず26m01%で始めて可能になり
しかもこのような組成のBSGは現在知られている溶剤
では食刻不能である。
しかし本発明者はP,O,及びB,O3を含有したガラ
ス層(以後BPSG)は含有両不純物が可成り少量であ
つても溶融可能であることと、更に両含有不純物量の増
大はガラス分極率に相関があり半導体装置として要求さ
れるVthに影響があることを見出した。
第1図は横軸にP2O5mOI濃度縦軸にB2O3mO
l濃度を採り各濃度における弗化アンモン食刻液による
食刻速度と、溶融温度と、更にガラス分極率の関係を示
した。
図中0印を結んだ実線で示した曲線はBPSG層の弗化
アンモンに対する食刻速度と珪素ガラスのそれとの比が
0.5−2.0になる時のP2O5及びB,O3の濃度
を示した。
この食刻速度比の選定はBPSG層と第2の絶縁物層を
食刻した後の形状を考慮を加えたものである。即ち第2
図には食刻速度比に食刻部分の断面形状を示したが、図
より明らかなように前記比即ちBPSO刻速度/SiO
2食刻速度−0.5〜2.0の範囲であれば制御可能で
ある。これよりはずれると食刻速度が早すぎたり遅すぎ
たりして工業的手法としては採用不能である。したがつ
てBPSG層のP2O5及びB2O3の濃度を上述の範
囲に選定する。△Δ次にBPSG層の溶融温度から来る
含有不純物濃度制限である。第1図中の破線は1000
℃、1100℃及び1200℃でのBPSG層の溶融を
SEM観察によつて調査したP2O,.B,O3濃度限
界を示した。濃度の下限はBPSG層の溶触効果から規
定され半導体装置を製造するに当つては1200℃以下
で溶融することが第2の条件となる。次にガラスの分極
と半導体装置特性の関係である。
PSGを半導体装置の表面に形成すると外部電界はPS
Gの分極による影響を受けて比較的低温(例えば60℃
)で不安定な電気的特性を示す。MOSトランジスタで
はしきい値Vthの変動量ΔVth.sat.は次式で
与えられることが知られている。{E.H.SnOwa
ndB.E.Deal:J.ElectrOchem.
SOc.,ll3(1966)236}V −1 ν
P′−一V1 1−Vll口′ここでK。
及びKgは珪素ガラス及び溶融PSGの誘電率 XO及びXgは珪素ガラス及び溶融P PSGの膜厚 Vpは印加電圧、X,はガラスの分極率である。
(1)式から明らかなようにこの分極率が大きくなる程
△Vth.Satは大きくなる。
この分極率を第3図でみるとP2O5のモル濃度の2乗
に比例して増大する。第3図は横軸にP2O,濃度縦軸
に分極率を採りPSGに添加するB2O3濃度をパラメ
ータとして示した図であるが、B2O3濃度増大に伴つ
て分極率xは減少する。この事からPSGにPB2O3
を添加したBPSGにあつては分極率の点で優れている
ことが判明した。
今X。
=1.0μ、Xg=0.5μ、p=20の場合を想定し
て且つΔVth.Sat≦0.5であれば半導体素子の
信頼性は一応問題はないと考えられる。よつて前述のX
。,Xg,Vpを(1)式に代入すると XSa3・・
・(2)p この(2)式を利用してBPSG層におけるP,O,及
びB2O3濃度を第3図から求められこれを第1図に一
点鎖線で示した。
このように食刻速度、溶融温度及び分極率の3条件を満
足するB2O3,P2O,濃度領域は第1図の斜線部分
となりこれはP2O,5mOl%〜16m01%B2O
,2mOl〜27m01%含有したBPSG層となる。
したがつて本発明に於いて適用するBPSG層は上記組
成と限定する。
この方法では半導体基体表面からこの表面に積層される
絶縁物層(いわゆるフイールド酸化物)表面迄の距離を
変えずに、この絶縁物層上にBPSOftiを被着しこ
の表面附近を平滑化することによつてこのBPSG層上
に被着する導電膜のクラツク防止とヒロツク縁発生を防
止している。
平滑化とは前記BPSG層がフイールド絶縁物上に設置
される場合その角部を緩やかな曲率を有する部分に変化
させ、又フイールド絶縁物を選択的除去して露出した半
導体基体に前記BPSG層が形成される場合には形成さ
れた孔の底部の角を覆うBPSG層が緩やかな曲率を持
つた部分に変化させることを意味する。前記BPSG層
の平滑化は熱処理工程によつて達成されるが前述のよう
に1200℃以下が望ましいが、更にこの熱処理工程後
にBPSG層の開孔を実施することを規定した。
これはBPSG層に含有される不純物が半導体基体中に
拡散されて半導体装置としての特性が損われないように
配慮したものである。ΔΔこのBPSG層は従来知られ
ている気相成長法に限らず、溶媒中にガラス層硼素及び
燐を共存させておきこの溶媒を揮散してBPSGを得る
方法、スパツタリング法、電子ビーム及びレーザ光等を
利用してBPSG膜を被着する方法等も適用可能である
ところで第2図に半導体基体1を被覆する熱酸化絶縁物
層2の食刻速度V。
.l5BPSG層3の食刻速度V1との比。/1が5,
2,1等の時マスク4の存在下での開孔部5の食刻断面
形状を拡大して描面した。第4図には酸素とシラン(S
iH4)の反応で400℃の珪素基体上に堆積した気相
成長酸化珪素の食刻速度、第5図には第2図と同条件で
得たPSGの食刻速度を示した。
第4図では横軸に平滑化熱処理温度TOk及び1/Tを
、縦軸に食亥漣度(人/分)を採り平滑化熱処理を窒素
中で10分間行つた結果を示している。食刻速度は第4
図から明らかなように平滑化熱処理温度Tの逆数に比例
して大きくなる。尚第5図にはPSGの食刻速度を示し
たが、横軸にはシランを16.5a/分酸素を2357
fL1/分、キヤリヤガスである窒素を231/分に固
定し、フオスフイン流量(―/分)の変化を、縦軸には
平滑化熱処理を窒素中1050ノ℃20分間実施したP
SGの食刻速度を示した。
食刻速度は第3図では酸化珪素層の燐濃度に比例して大
きくなる。若しこのPSGを溶融して平滑化すると熱処
理温度としては900溶C〜1100℃が望ましく、こ
の範囲で溶融する燐添加酸化珪素層の燐濃度は第6図の
フオスフイン流量で6〜7m1/i+に相当するので食
刻速度は7500〜9000λ/分となる。この速度は
第2図に示した酸化珪素の1600人/分と比較すると
約5〜6倍に相当する。従つて本発明方法ではPSGと
酸化珪素の組合せは採用しない。本発明方法ではBPS
G層を平滑化する工程と、この工程完了後孔あけ工程を
実施するが、BPSG層のみを採用したので食刻工程は
可成り簡単になる。
更に食刻工程による開孔工程は熱処理工程後に実施され
るのでPSG層を気相成長法で形成後に写真食刻法を実
施した時起るPSG層の吸水性によるフオトレジストと
の密着不良を防止することができる。以下実施例により
本発明を詳述する。
第6図イ〜ハは本発明方法で得られるシリコン絶縁ゲー
ト形MOSFET断面図を工程別に示した。
先ずn形半導体基体11を加熱して表面に5000λの
フイールド酸化珪素層12を設け、この一部をPチヤン
ネルMOS形トランジスタ(以後Trと略記する)のソ
ース、ドレイン及びゲートの形成用領域13として開孔
して半導体基体11を露出する。
この領域の露出半導体基体表面にはゲート酸化膜14と
して1500λの薄い酸化珪素層を加熱酸化により形成
する。この薄い酸化珪素層を含めた酸化珪素上に珪素多
結晶層15を窒素又は水素をキヤリヤガスとしたシラン
の熱分解で形成する。次に気相成長酸化珪素層16,1
7を積層する。この気相成長層16,17を選択的に食
刻して(PEP法)マスク16,17を形成するが、こ
れは前述のゲート領域13及び配線を設ける部分であり
、マスクとしては2500Aの酸化珪素で構成する。第
6図イはこの段階で得られた半導体装置の断面図であり
、前述の説明にはないものとしてはゲート酸化珪素層1
4及びフイールド酸化珪素層12上に形成されたゲート
用多結晶珪素層及び配線用多結晶珪素層を酸化珪素マス
ク16,17と共に記載したが両多結晶珪素の番号は1
5としてある。この半成品は次に酸化珪素マスク16,
17を食刻除去すると同時に前記ソース、ドレイン形成
用領域を被覆した薄い酸化珪素層を除去し、アクセプタ
不純物の拡散を行つてソース領域18ドレイン領域19
を形成する。
この工程によつて配線用存びゲート用多結晶珪素層15
,15にもアクセプタ不純物が添加されることになるが
実用上差支えないように配慮する。このような拡散工程
完了後の断面図を第6図口に示したが、フイールド酸化
珪素層12及びゲート酸化珪素層14の一部が存在する
状態となつている。
次にこの半成品をシラン(SiH4)16.5d/分、
酸素235a/分の混合雰囲気中で半導体基体を400
℃に保持し、更にフオスフイン(PH,)3nt,/5
+ジボラン(B2H6)1.3a/分を加え更に6分間
維持してBPSG層20を形成する。次に1050℃で
平滑化熱処理を行つてソース、ドレイン各領域用電極、
ゲート電極設定予定地及び多結晶珪素配線体用の所望個
所をフオトレジストを使用して弗化アンモニウムで食刻
開孔する。更にAll.3μ蒸着後フオトレジストと燐
酸、硝酸、醋酸の混合溶液で食刻開孔して第4図ハに示
す半導体装置力浣成される。この図で配線体には番号2
2を示した。この第6図ハに示すようにBPSG層20
は緩やかな曲率を持つておりしたがつて配線体22が段
切れを起したりクラツクが生ずる恐れは極めて少ないこ
とが判る。
【図面の簡単な説明】
第1図は縦軸にB,O,モル濃度、横軸にP,O,モル
濃度を採り、これらと溶融温度、BPSGと第2の絶縁
物層の食刻速度比を0.5,2.0とした時のP,O,
,B2O,の関係、B2O,とP2O,濃度と分極率の
関係を示した図、第2図はBPSG層と第2の絶縁物層
の食刻速度比を特定値とした時の食刻後断面図第3図は
横軸にP,O,モル濃度縦軸に分極率を採つてB,O,
濃度をパラメータとした関係図第4図は横軸に温度縦軸
に食刻速度を採つて両者の関係を示した図、第5図はフ
オスフイン流量と食刻速度の関係を横軸にフオスフイン
流量縦軸にエツチング速度を採つて示した図第6図は本
発明に係る半導体装置の工程別の断面図である。 11:半導体基体、12:絶縁物層、20:BPSG層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基体に選択的に形成した絶縁物層と、前記半
    導体基体の露出部及び前記絶縁物層上のうち少なくとも
    一つに平滑に形成された5mol%〜16mol%のP
    _2O_5および2mol%〜27mol%のB_2O
    _3を含有するガラス層とこのガラス層に設けられた前
    記半導体基体に達する開孔とを具備することを特徴とす
    る半導体装置。 2 半導体気体に選択的に形成した絶縁物上に5mol
    %〜16mol%のP_2O_5および2mol%〜2
    7mol%のB_2O_3を含有したガラス層を被着す
    る工程と、このガラス層を平滑化する熱処理を施す工程
    と、前記ガラス層を開孔して前記半導体基体を部分的に
    露出する工程とを具備することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
JP9748575A 1975-08-13 1975-08-13 半導体装置及びその製造方法 Expired JPS5929137B2 (ja)

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JPS594170A (ja) * 1982-06-30 1984-01-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法
JPS6031500A (ja) * 1983-07-29 1985-02-18 大成建設株式会社 緊張用液圧ジヤツキ
JPH02374A (ja) * 1988-12-01 1990-01-05 Mitsubishi Electric Corp 不揮発性半導体記憶装置

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