JPS596559A - 偏平チューブとコルゲートフィンの組付方法 - 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】 本発明は眉間絶縁膜を窒化シリコン膜で包囲した構造の
半導体装置に関する。

（１） ＩＣ，ＬＳＩに対して高信頼性が要求され年々厳しくな
ってきている。その中でいわゆる眉間絶縁膜として用い
る高濃度Ｐ　Ｓ　Ｇ　（Ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃａ
ｔｅＧｌａｓｓ　）膜をリフローして素子表面を平滑化
し、配線金属層の下地段差部での凹凸による配線金属層
の断線を防いでいる。しかし、高濃度のリンを含んでい
るためＰＳＧ膜において吸湿した場合高温高湿において
リンが溶は出し、その上部の配線金属層、例えばＡβ配
線層の腐食がおこり、それによる断線が発生する事があ
る。又吸湿時のＰＳＧ膜は分極を起こし例えば寄生ＭＯ
３の不安定の原因となる事もある。又、−例としてＣ−
ＭＯＳのプロセスにおいて層間絶縁膜として用いたＰＳ
Ｇ膜のりフローをおこなう場合コンタクトホール部分で
ＰチャンネルＭＯ３）ランジスタのソース。

ドレイン領域のＰ片部にＰＳＧ膜からリンが拡散されて
しまい、ＭＯＳトランジスタの特性がそこなわれてしま
うというような間旺もある。

それを解決するためにこの高濃度のリンを含んだＰＳＧ
膜を熱化学反応で形成した、例えば減圧（２） ＣＶＤ法によりＰＳＧの下側の第１の窒化シリコン膜及
び上側及び側面を第２の窒化シリコン膜で包囲した構造
のものがあるが、この熱化学反応により形成した窒化シ
リコン膜は内部応力が大きくクラックかはシ１つたり、
又はクランクにいたらない場合でもウェハーにそりが発
生する事があった。

微細なパターンを必要とするＬＳＩにおいては、このそ
りがマスク転写、露光においてバラツキを与え歩留りに
大きな影響を与える。又コンタクト部においても同一の
窒化シリコン膜で第１．第２の膜が形成された場合コン
タクト穴の段差によりＡＥ配線が切れやすい傾向にある
。

本発明は上記の問題点を解決するものであり、その特徴
は高濃度のリンを含んだ眉間絶縁膜を熱化学反応で形成
した第１の窒化シリコン膜と、プラズマ反応法で形成し
た第２の窒化シリコン膜とで包囲する事により高濃度の
リンを含んだ眉間絶縁膜と配線として用いるＡ′ｌ金属
層が接触し腐食されるのを防止するとともに、コンタク
ト穴の段差部では第１．第２の窒化シリコン膜のエラチ
ン（３） グ速度の差により階段状、又はテーパー状になりＡＩ配
線の段切れはおこらない。又ウェファ−のそりも起こり
がたく、特に微細なパターンを要求するＬＳＩにおいて
は有効である。以上のような高信頼性及び高密度化を実
現するＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置を提供する事を目的
とするものである。

次に本発明をよりよく理解するために図に示す一実施例
（相補型集積回路）を用いて具体的に説明する。第１図
はＮ型５〜１０Ω−ｃｓｔ（１００）結晶面を有する単
結晶シリコン基板ｌにＮチャンネルＭＩＳ）ランシスタ
を作り込むべきＰ型ウェル領域２を５〜８μの厚さで形
成した半導体基板表面に２００〜１０００人の熱酸化膜
３を形成し、その熱酸化膜３上にＳ　ｉ　３Ｎ　４１１
１１　（窒化シリコン膜）４を形成し、Ｎ型基板ｌでは
ＰチャンネルＭｉｓ）ランシスタ等及びＰ型ウェル領域
２ではＮチャンネルＭＩＳトランジスタ等となるべき活
性領域５を残して窒化シリコン１１１４を部分的に除去
した様子を示した。なお、この窒化シリコン膜（４） ４の除去にはフォトレジストをマスクとしてＣＦ４−０
２系のプラマエッチングによりフォトレジストにおおわ
れていない部分の窒化シリコン膜４の除去をおこなった
。この窒化シリコンＭ４はシリコン基板ｌの熱酸化に対
して耐酸化性マスクとして働きいわゆる選択酸化法によ
りフィールド領域６を形成する事ができる。その後窒化
シリコン膜４、及び熱酸化Ｍ３を除去した様子を第２図
に示す。

このフィールド領域は０．７〜１．２μ程度あれば十分
である。

なお、選択酸化に先立ちフォトレジストをマスクとして
Ｐ型ウェル領域２の活性領域５以外の部分にイオン打込
みでボロンを、又Ｎ型基板１の活性領域５以外の部分に
イオン打込みでリンを打込み、寄生ＭＯ５の反転防止の
ためにＰ型チャンネルストッパー７及びＮ型チャンネル
ストツバ−８を形成した。

次に、熱酸化をおこないフィールド領域６の開口内すな
わち活性領域５に５００〜１０００人のゲート絶縁膜と
して二酸化シリコンＩｌ［９を形成しく５） た。次に、リン又はヒ素を高濃度にドープした多結晶シ
リコン１０を全面にわたり０．３〜０．４μの厚さで析
出した。本実施例では減圧ＣＶＤ法にておこなった。引
続きＭＯＳ）ランシスタのゲート部又は多結晶シリコン
配線層等となるべき部分をフォトレジストで選択的にお
おい例えばＣＦ４＋０２系のプラマエッチングにより多
結晶シリコン１０を選択エツチングをした。その後パタ
ーンを形成した多結晶シリコン１０の表面に熱酸化によ
り５００〜１０００人の二酸化シリコン＊ｉｉを形成し
た。引続きフォトレジスト等をマスクとしイオン注入に
よりＰチャンネルＭｉｓ）ランシスタではボロンを、Ｎ
チャンネルＭＩｓトランジスタではリン又はヒ素により
、ＰチャンネルＭＩＳトランジスタ、ソース、ドレイン
１２．ＮチャンネルＭＩＳ）ランシスターソースドレイ
ン１３を形成した。

なお、本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は５００〜１０００人のゲート絶
縁膜として形成した二酸化シリコン膜（６） ９を残してイオン打込みをおこなったが、ソース。

ドレインを形成する領域の基板表面を露出しておこなっ
てもよい。又、多結晶シリコン１０の表面の二酸化シリ
コン膜を形成せずにおこなってもよい。その様子を第３
図に示す。

次に、全面に第１の窒化シリコン膜１４を２００人〜ｌ
０００人で全面に熱化学反応法例えば減圧ＣＶＤ法にて
５ｉＨ２Ｃｊ１２とＮＨ３で７００〜９００℃で析出形
成し、引続き８〜１２重量％程のリンを含んだＣＶＤ５
！０２膜（以下ＰＳＧ膜）１５を１μ程の厚さで全面に
形成した。引続きＭＯＳ）ランシスター及び抵抗等の部
分にフォトレジストをマスクとしてＰＳＧｌ１１５を部
分的にエツチングして第１のコンタクトホール１６を形
成した。この第１のコンタクトホール１６の形成はドラ
イエツチングでも従来のウエットエ・クランクによって
もよい。その後Ｎ２、又はスチーム中で１０００℃前後
で熱処理をおこないＰＳＧ膜１５の軟化流動（いわゆる
リフロー）をおこないＰＳＧ膜１５の鋭角部をゆるやか
にした。スチーム中で（７） リフローした時に熱化学法で形成した窒化シリコン膜は
スチームに対し耐酸化マスクとして働く。

引続きこの第１のコンタクトホール１６を形成した全面
に第２の窒化シリコン膜１７を５ｉＨｎとＮ　Ｍ　３に
おけるプラズマ反応法において３００〜。

５００℃で５００〜１０００人形成した様子を第４図に
示す。本実施例においては第１のコンタクトホール１６
部において第１の窒化シリコン膜１４と第２の窒化シリ
コン膜１７は接合している。

熱化学反応法により形成した第１の窒化シリコンＭ１４
は内部応力により厚（なるとクラックがはいりやすい。

この上に内部応力の小さなりラックのはいりにくいプラ
ズマ反応法で形成した第２の窒化シリコン膜１７を重ね
る事により接合部でクランクに強い構造になる。文集２
の窒化シリコン膜１７の形成温度は低くする事ができる
ので窒化シリ−コン膜中にとりこまれるＰＳＧｌ１１１
５からのリンを無視できる程度におさえる事ができる。

説明をわかりやすくするため第４図におけるコンタクト
ホール１６の部分を拡大した様子を第５（８） 図に示す。以下の説明はこの拡大した部分についておこ
なっていくが他の部分についても同じように考えるもの
とする。

次に、本実施例では第１のコンタクトホール１６より小
さな第２のコンタクトホール１８をあけた。

その結果第２のコンタクトホール１８の周縁部では第２
の窒化シリコン膜１７と第１の窒化シリコン膜１４は接
触していてＰＳＧＭ１５はあられれていない。それはレ
ジストをマスクとしてプラズマエツチングにより第２の
窒化シリコン膜１７及び第１の窒化シリコン膜１４を二
酸化シリコン１ｌ１９の表面があられれるまでエツチン
グした。このとき第２の窒化シリコン膜は第１の窒化シ
リコン膜に比べてエツチング速度が大きいので窒化シリ
コン膜にあけられたコンタクトホールは階段状又はテー
パ状に形成される。次に二酸化シリコン膜９及び１１を
たとえばフン酸系のエツチング液でエツチングしたシリ
コンの表明及び多結晶シリコンの表面を出した。本実施
例では二酸化シリコンＭ９及び１１を形成しているが形
成せずにおこな（９） う事はいうまでもない。引続き配線金属層として本実施
例では約１％のシリコン（Ｓｉ）を含んだＡＪ層をスパ
ッタリングデボジシジン法で析出し、所定のパターンの
配線１９を形成した。引続き全面にプラズマ反応法によ
りいわゆるプラズマナイトライド（窒化シリコン膜）層
２０を約　０．５〜２．０μ形成した様子を第６図に示
す。

上記したように、表面全体にわたって眉間絶縁膜として
用いた高濃度にリンを含んだいわゆるＰＳＧ膜１５が完
全に窒化シリコン１１１１４．１７でおおわれる事によ
り、高温高湿においてリンが溶は出しその上部の配線層
１９が腐食されるというような事はおこらない。その結
果配線層１９に関する信頼性が非常に向上する。又、Ｐ
ＳＧ膜１５が完全に窒化シリコン膜１４．１７でおおわ
れる事により下地への影響もなく非常に高濃度のＰＳＧ
膜１５を用いる事ができ、ＰＳＧ膜のりフロ一温度を低
くする事ができる。その結果、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非常に（１０） 優れている。このように高信頼性があり、高集積化の半
導体装置が得られる。

なお、本実施例Ｃ−ＭＯ３［Ｃについて説明したが、こ
れに限らず上記の方法をＰ−ＭＯＳ。

Ｎ−ＭＯＳ又はバイポーラＩＣ等に用いる事ができる事
はいうまでもない。又、第２の窒化シリコン膜１７、第
１の窒化シリコンＭ１４に第２のコンタクトホール１８
を形成するのにレジストをマスクとしてプラズマエツチ
ングにより行なったが、第２の窒化シリコン膜１７上に
ＣＶＤ法等でＳｉ０２膜を形成し、レジストをマスクと
して５１０２１１にコンタクトホールを形成後５ｉ０２
１１１をマスクとして第２の窒化シリコン膜１７及び第
１の窒化シリコン膜１４を熱リン酸でエツチングして第
２のコンタクトホール１８を形成してもよい。又、本実
施例においては窒化シリコン膜でおおわれた層間絶縁膜
は１層であったが、これ以上に多層の眉間絶縁膜構造て
あってもよいことはいうまでもない。

以上述べたように本発明においては、配線金属（１１） おいてコンタクトホール周縁部で第１の窒化シリコン膜
と第２の窒化シリコン膜が完全に接触しており、高濃度
のリンを含んだ層間絶縁膜が完全に包み込まれる事にな
り、コンタクトホール部でのクラックの発生はなく横方
向からの高温高湿時におけるリンの溶は出しはおこらな
い。その結果コンタクトホールにおける配線金属層の腐
食、断線はおこらない、又コンタクトホール横方向から
下地側への化学的、電気的等影響はなくなり特性の安定
性が得られるという効果がある。

さらに熱化学反応法による第１の窒化シリコン膜はスチ
ーム中の耐酸化性マスクとして働く。プラズマ反応法に
よる第２の窒化シリコン膜とによりコンタクト部は階段
状またはテーパー状になり、断線防止となるとともに第
２の窒化シリコン膜は内部応力が小さくウェファ−のそ
りが起こりがたく、微細なパターン形成を要求されるＬ
ＳＩには非常に有効な構造をもつ半導体装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

（１２） 第１図乃至第６図は本発明による半導体装置について説
明するための一実施例となる側面断面図であり、そのう
ち第５図、第６図は実施例の細部をわかりやすくするた
めに第４図を部分的に拡大した図である。 ｌ・・・単結晶シリコン基板、２・・・Ｐ型ウェル領域
、６・・・選択酸化法によるフィールド領域、ｌＯ・・
・多結晶シリコン、１４・・・第１の窒化シリコン膜、
１５・・・層間絶縁膜をなすＰＳＧ膜、１６・・・第１
のコンタクトホール、１７・・・第２の窒化シリコン膜
、１８・・・１２のコンタクトホール。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （１３） ２６０−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所望の素子領域を有する半導体基板において、下部に第
   １の窒化シリコン膜および上部に第２の窒化シリコン膜
   を有し、また両室化シリコン膜ですくな（とも側面及び
   上面を包囲された高濃度のリンを含んだ眉間絶縁膜を有
   し、かつこの眉間絶縁膜の周端にて前記第１．第２の窒
   化シリコン膜が接触した領域内に、この領域より小さな
   外径のコンタクトホールが前記第１．第２の窒化シリコ
   ン膜に開けられている半導体装置であて、前記第１の窒
   化シリコン膜は熱化学反応法で成長させ、その後形成す
   る前記第２の窒化シリコン膜はプラス反応法で成長させ
   た窒化シリコン膜である事を特徴とする半導体装置。