JPS596062B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JPS596062B2
JPS596062B2 JP14748378A JP14748378A JPS596062B2 JP S596062 B2 JPS596062 B2 JP S596062B2 JP 14748378 A JP14748378 A JP 14748378A JP 14748378 A JP14748378 A JP 14748378A JP S596062 B2 JPS596062 B2 JP S596062B2
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JP
Japan
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layer polysilicon
polysilicon
layer
oxide film
semiconductor device
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JP14748378A
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夏朗 坪内
龍弥 榎本
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置、特に2層ポリシリコン構造の半
導体装置の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, particularly a semiconductor device having a two-layer polysilicon structure.

従来からこの種の2層ポリシリコン構造の半導体装置は
、例えばnチャンネルシリコンゲート構造のメモリLS
Iなどに多用されている。この構造の半導体装置の一例
を第1図に示してある。すなわち、この第1図において
、1はシリコン半導体基板、2はシリコン酸化膜、3お
よび4は各々第1層および第2層ポリシリコンであり、
これらの第1層および第2層ポリシリコン3および4は
、通常、第1および第2M0Sトランジスタの各々ゲー
ト電極として、その一部が重ね合わされて使用され、こ
の構造によつて例えば1トランジスタ形ダイナミックR
AMのメモリセル構造を簡略化し、併せてチップ上での
占有面積を小さくし得るのである。しかし乍らこのよう
な装置での平面的な簡単化は、結局、複雑化された立体
的構造によつて得られている訳であり、この複雑化のた
めに、一方では表面凹凸の増加に伴なう配線の断線およ
び短絡の欠点を生じ易いものであつた。
Conventionally, this type of semiconductor device with a two-layer polysilicon structure has been used, for example, in a memory LS with an n-channel silicon gate structure.
It is often used in I. An example of a semiconductor device having this structure is shown in FIG. That is, in this FIG. 1, 1 is a silicon semiconductor substrate, 2 is a silicon oxide film, 3 and 4 are a first layer and a second layer polysilicon, respectively.
These first and second layer polysilicon layers 3 and 4 are usually used as gate electrodes of the first and second MOS transistors, respectively, with parts of them overlapping each other, and with this structure, for example, one transistor type dynamic R
The AM memory cell structure can be simplified and the area occupied on the chip can be reduced. However, the planar simplification of such a device is ultimately achieved by a complicated three-dimensional structure, and this complexity also leads to an increase in surface irregularities. This tends to cause problems such as wire breakage and short circuits.

そしてこの断線事故を減少させるためには、リンガラス
層をリフローさせて表面を滑らかにするなどの手段が採
用され、また短絡現象については、第1層ポリシリコン
と第2層ポリシリコン間の絶縁層の形成方法、特にその
膜質、膜厚などによつて減少させるようにしている。・
ごで前記後者の短絡現象については、発明者等の実験
によつて、第2層ポリシリコン下方の第1層ポリシリコ
ンのパターン形状に伴ない、その発生率ならびにポリシ
リコン間絶縁破壊電圧が大巾に変化することが判明した
In order to reduce this disconnection accident, measures such as reflowing the phosphor glass layer to make the surface smooth are adopted, and as for the short circuit phenomenon, insulation between the first layer polysilicon and the second layer polysilicon is used. The amount is reduced by changing the layer formation method, especially the film quality and thickness.・
Regarding the latter short-circuit phenomenon, the inventors' experiments have shown that the occurrence rate and inter-polysilicon breakdown voltage increase depending on the pattern shape of the first layer polysilicon below the second layer polysilicon. It turns out that the width changes.

この実験例を次に・ 述べる。実験例としては第2図a
3bに示すポリシリコンパターンを用い、両者を比較す
るようにした。
An example of this experiment will be described next. Figure 2a is an example of an experiment.
The polysilicon pattern shown in 3b was used to compare the two.

すなわち、第2図aでは、U字形に各屈曲部が直角とな
つた第1層ポリシリコン3と、これに重ねフ 合わされ
る第2層ポリシリコン4との組み合わせとし、また第2
図bでは、これと反対にU字形に各屈曲部が直角となつ
た第2層ポリシリコン4を、第1層ポリシリコン3上に
重ね合わせた組み合わせとし、これらを前記第1図のよ
うにして、同一5 チップ土に同一方法で形成させた。
しカルてその製作方法としては、第1図のXに相当する
シリコン酸化膜2’として500λを生成させたのち、
第1層ポリシリコン3を減圧CVD法により5000λ
生成させ、ついで通常のフオトリソグラフイによりこの
第1層ポリシリコン3の必要以外の部分をエツチング除
去し、また第1図のYに相当するポリシリコン間絶縁の
ためのシリコン酸化膜2を生成させると同時に、zに相
当するシリコン酸化膜2をも生成させる。このとき、Z
部分では既にY部分と同膜厚のシリコン酸化膜2が生成
されており、その上にさらに酸化膜を生成させるために
、Y部分に比較してその成長レートが遅く、反対にY部
分では通常リンなどで高濃度にドープされた第1層ポリ
シリコン3上に生成させるから、その成長レートは早く
なる。具体的に数値を挙げると、950℃、ウエツト0
2、30分条件の酸化により、Yは1400λ、Zは8
50λとなる。そしてさらにその上に第2層ポリシリコ
ン4をデポジシヨンし、以後は通常のプロセスに従つて
素子形成を行なつた。しかしてこのようにして製作され
た構成の第1層ポリシリコン3と第2層ポリシリコン4
との間の絶縁破壊電圧を測定したところ、第1層ポリシ
リコン3をU字形にした第2図aの構成の場合が約40
V、第2層ポリシリコン4をU字形にした第2図bの構
成の場合が約80Vであつて、前者の方が後者に比較し
て約%となつた。
In other words, in FIG. 2a, a first layer polysilicon 3 having a U-shape with each bent part at right angles is combined with a second layer polysilicon 4 which is overlapped with the first layer polysilicon 3, and
In Figure b, on the contrary, the second layer polysilicon 4 having a U-shape with each bend at a right angle is superimposed on the first layer polysilicon 3, and these are combined as shown in Figure 1 above. They were formed using the same method on the same 5-chip soil.
However, the manufacturing method is to generate a silicon oxide film 2' with a thickness of 500λ, which corresponds to X in FIG.
The first layer polysilicon 3 has a thickness of 5000λ by low pressure CVD method.
Then, by normal photolithography, the unnecessary portions of this first layer polysilicon 3 are removed by etching, and a silicon oxide film 2 for inter-polysilicon insulation corresponding to Y in FIG. 1 is produced. At the same time, a silicon oxide film 2 corresponding to z is also generated. At this time, Z
A silicon oxide film 2 with the same thickness as the Y part has already been formed in the Y part, and in order to further form an oxide film on top of it, the growth rate is slower than that in the Y part. Since it is grown on the first layer polysilicon 3 that is heavily doped with phosphorus or the like, its growth rate becomes faster. To give specific numbers, 950℃, 0 wet
By oxidation for 2 and 30 minutes, Y is 1400λ and Z is 8
It becomes 50λ. Further, a second layer of polysilicon 4 was deposited thereon, and elements were then formed according to normal processes. However, the first layer polysilicon 3 and the second layer polysilicon 4 constructed in this way
When we measured the dielectric breakdown voltage between
In the case of the configuration shown in FIG. 2b in which the second layer polysilicon layer 4 is U-shaped, the voltage is about 80V, and the former is about % of the latter.

この絶縁破壊電圧の差は条件的にみてパターン形状の違
いに起因するものとしか考えられず、これを詳細に観察
したところ、前者での第1層ポリシリコン3のパターン
の内角部5に、第3図にみられるとおりの亀裂6を生じ
ていることが判明した。こXで前記パターン内角部5に
おける亀裂6の発生原因は次のように考えられる。
Considering the conditions, this difference in breakdown voltage can only be considered to be due to the difference in pattern shape, and when this was observed in detail, it was found that in the inner corner part 5 of the pattern of the first layer polysilicon 3 in the former case, It was found that cracks 6 as shown in FIG. 3 had occurred. The cause of the occurrence of the crack 6 in the inner corner portion 5 of the pattern is considered to be as follows.

すなわち、第1層ポリシリコン3の生成後の酸化に際し
て、この酸化がポリシリコンパターン端部から、パター
ン下部の酸化膜を通して横方向にも符号7で示すように
進み、これによつてそのパターン端部が上方に膨隆され
ることXなり、この第3図に点線で示す部分の膨隆に伴
なつて、辺部分は単に持ち上げられるだけですむが、内
角部分では応力集中により引きさかれて亀裂6を生ずる
のである。またこの亀裂6は7部分での酸化が進むにつ
れて長くなり、かつ巾は内角部5の角度θが小さいほど
大きく広がることになる。そして、このように内角部5
に亀裂6が生ずると、発生時点で露出された}亀裂面の
ポリシリコン酸化が始まり、この亀裂部の酸化膜は他部
分の酸化膜に比較して薄くなるため、その後の第2層ポ
リシリコン4のデポジシヨンがなされたのちに、この第
2層ポリシリコン4と亀裂部との間の絶縁破壊電圧が必
然的に低下するに至るのである。
That is, during oxidation after the first layer polysilicon layer 3 is formed, this oxidation progresses laterally from the edge of the polysilicon pattern through the oxide film at the bottom of the pattern, as shown by reference numeral 7, thereby causing the edge of the pattern to oxidize. As the part bulges upward, the side part is simply lifted up as the part indicated by the dotted line in Fig. It gives rise to Further, this crack 6 becomes longer as oxidation progresses at the portion 7, and the width becomes larger as the angle θ of the inner corner portion 5 becomes smaller. And like this, the inner corner 5
When a crack 6 occurs, polysilicon oxidation begins on the surface of the crack that was exposed at the time of occurrence, and the oxide film in this crack becomes thinner than the oxide film in other parts, so that the subsequent second layer polysilicon oxidizes. After the deposition of polysilicon 4, the breakdown voltage between the second layer polysilicon 4 and the crack inevitably decreases.

この発明は従来のこのような欠点を改善するためになさ
れたものであつて、第1層ポリシリコンの屈曲部パター
ンの内角々度を、直角よりも大きな角度とすることによ
つて、亀裂の発生が可及的少なくなるようにしたもので
ある。
This invention was made to improve the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, and by making the inner angle of the bent part pattern of the first layer polysilicon larger than the right angle, cracks can be prevented. This is designed to minimize the occurrence of such occurrences.

以下この発明の一実施例につき、第4図を参照して説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

この第4図は前記第2図a対応に示したものであつて、
図中同一符号は同一または相当部分を表わしており、こ
の実施例では前記パターン内角部5の角度を直角よりも
大きい角度とするもので、具体的には内角部5を直線に
より面取りして2つの内角部5a,5bとすることによ
り、個々の内角部5a,5bの角度を各々135りづ匁
としたものである。
This FIG. 4 corresponds to the above-mentioned FIG. 2 a, and
The same reference numerals in the drawings represent the same or equivalent parts. In this embodiment, the angle of the inner corner portion 5 of the pattern is set to be a larger angle than a right angle. Specifically, the inner corner portion 5 is chamfered with a straight line and By forming two inner corner portions 5a, 5b, the angle of each inner corner portion 5a, 5b is set to 135 mm.

こXで前記亀裂を減少させる手段としては、第1に前記
第1層ポリシリコン3の下部のシリコン酸化膜を薄くし
、かつ同ポリシリコン自体の酸化を少なくして、前記7
部分での酸化の進行を抑制するか、あるいは第2として
前記実施例でのように内角部5での角度θを大きくする
ことであるが、前者の手段は形成される素子性能に直接
影響するために好ましくはなく、従つてこの発明では後
者の手段を利用するものであり、内角部5の角度として
は、この場合も発明者等の実験したところによると、前
記したように90のの場合、絶縁破壊電圧が著るしく低
下したが、135合以上であれば大巾に上昇することが
認められた。
As a means for reducing the cracks in this case, firstly, the silicon oxide film under the first layer polysilicon 3 is made thinner, and the oxidation of the polysilicon itself is reduced.
The second method is to suppress the progress of oxidation at the inner corner portion 5, or to increase the angle θ at the inner corner portion 5 as in the above embodiment, but the former method directly affects the performance of the formed element. Therefore, the latter method is used in the present invention, and the angle of the inner corner 5 is 90 as described above, according to experiments conducted by the inventors. , the dielectric breakdown voltage decreased significantly, but it was observed that it significantly increased when the voltage was 135 or higher.

なお前記内角部5の角度θが90たであつても、実際に
フオトリソグラフイ、エツチングの工程を経るとラウン
ドがつき、このラウンドのために絶縁破壊電圧は高いが
、フオトリソグラフイの精度が向上するに従つて次第に
低下することXなるもので、微細化技術の向土と共に問
題が大きくなると考えられ、特にこの発明による手段の
重要性が増すのである。
Note that even if the angle θ of the inner corner portion 5 is 90, a round will be formed during the actual photolithography and etching process, and the breakdown voltage will be high due to this round, but the accuracy of the photolithography will be reduced. The problem gradually decreases as the technology improves, and it is thought that this problem will become more serious as the refinement technology progresses, and in particular, the importance of the means according to the present invention will increase.

なお以上はMOS構造の半導体装置について述べたが、
他の2層ポリシリコン構造のすべての半導体装置に適用
できることは勿論である。
Although the above description has been about a semiconductor device with a MOS structure,
Of course, the present invention can be applied to all other semiconductor devices having a two-layer polysilicon structure.

以上詳述したようにこの発明によるときは、屈曲したパ
ターン形状の第1層ポリシリコン上に、絶縁層を介して
第2層ポリシリコンを重ね合わせた2層ポリシリコン構
造の半導体装置にあつて、屈曲部パターンの内角々度を
直角よりも大きい角度に形成するだけの極めて簡単な手
段により、第1層および第2層ポリシリコン間の絶縁破
壊電圧を高めることができるものであつて、その実用上
の価値が極めて大きい特長がある。
As detailed above, according to the present invention, a semiconductor device having a two-layer polysilicon structure in which a second layer polysilicon is superimposed on a first layer polysilicon having a bent pattern shape with an insulating layer interposed therebetween. , the dielectric breakdown voltage between the first layer and the second layer polysilicon can be increased by an extremely simple means of forming the inner angle of the bent portion pattern to be larger than the right angle, and It has features of extremely great practical value.

【図面の簡単な説明】 第1図は2層ポリシリコン構造の半導体装置の概要を示
す断面図、第2図A,bは従来のポリシリコン構成を示
す平面説明図、第3図は同上部の拡大図、第4図はこの
発明に係わるポリシリコン構成の一実施例を第2図aに
対応して示す平面説明図である。 1・・・・・・シリコン半導体基板、2・・・・・・シ
リコン酸化膜、3,4・・・・・・第1層、第2層ポリ
シリコン、5・・・・・・内角部。
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a cross-sectional view showing an overview of a semiconductor device with a two-layer polysilicon structure, Figures 2A and b are plan views showing a conventional polysilicon structure, and Figure 3 is the upper part of the same. FIG. 4 is an explanatory plan view corresponding to FIG. 2a, showing an embodiment of the polysilicon structure according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Silicon semiconductor substrate, 2...Silicon oxide film, 3, 4...First layer, second layer polysilicon, 5...Inner corner part .

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 絶縁層上に形成した屈曲パターン形状の第1層ポリ
シリコン上に酸化性雰囲気中でシリコン酸化膜を形成し
、このシリコン酸化膜を介して前記第1層ポリシリコン
上に第2層ポリシリコンを形成する2層ポリシリコン構
造の半導体装置の製造方法において、前記第1層ポリシ
リコンの屈曲部パターンの内角々度を、直角よりも大き
な角度に形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A silicon oxide film is formed in an oxidizing atmosphere on a first layer polysilicon having a bent pattern formed on an insulating layer, and a second layer polysilicon is formed on the first layer polysilicon through this silicon oxide film. In the method of manufacturing a semiconductor device having a two-layer polysilicon structure, the inner angle of the bent portion pattern of the first layer polysilicon is formed at a larger angle than a right angle. .
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