JPS605065B2 - Mis形半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mis形半導体装置の製造方法

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JPS605065B2
JPS605065B2 JP846176A JP846176A JPS605065B2 JP S605065 B2 JPS605065 B2 JP S605065B2 JP 846176 A JP846176 A JP 846176A JP 846176 A JP846176 A JP 846176A JP S605065 B2 JPS605065 B2 JP S605065B2
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嘉道 広部
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMIS形半導体装置、特にシリコンゲート構造
のMOSICもしくはLSIにおいて、コンタクト部分
の目合わせ(アラィメント)余裕を少なくする技術に関
する。
シリコンゲート構造のMOSICでは、ゲートとソース
、ドレインとをセルフアラインで形成できることから、
アルミニウムゲート構造のそれに比して高い集積密度が
得られる。
ところが、このシリコンゲート構造の素子でも、ソース
電極およびドレィン電極を形成するには、ソース、ドレ
ィン用コンタクト穴あげ→アルミニウム蒸着→アルミニ
ウムエッチングの工程をとり、この間少な〈とも2回の
アラィメントを行なう。従って、従来では上記コンタク
ト穴部分に2〜4仏m程度のアライメント余裕をとって
いるのが通常である。上記従来の素子における問題点を
示したのが第1図であり、Q,,Q2が上記のアライメ
ント余裕に相当する。図中、1,2がソースおよびドレ
インで、これらソース、ドレイン1,2はシリコン基板
3の上面に選択的に形成されており、両者間には薄い酸
化膜4aおよびポリシリコン4bからなるゲートが形成
されている。5はシリコン基板3上、ソース、ドレィン
1,2およびゲート部分以外を覆うフィールド酸化膜、
6はフィールド酸化膜5およびゲートを含む上記シリコ
ン基板3の上面全体を覆うリンシリケートガラス等の絶
縁性保護膜であり、この絶縁性保護膜6に対してコンタ
クト穴7,8が形成される。
そして、これらコンタクト穴7,8を通してアルミニウ
ム配線9とソース、ドレィン1,2との電気的接続が行
なわれるわけである。この場合、上記Q,をとらないと
きには、コンタクト穴8の一端がゲートポリシリコン4
b上に位置することになり、ゲートポリシリコン4bと
アルミニウム配線9とがショートする問題を生じ、また
、上記Q2をとらないときにはフィールド酸化膜5の端
部においてショートないしは耐圧劣化の問題を生ずるこ
とがある。後者の問題は必ず生ずるというものではない
が、前者の問題は避けることができないものである。従
って、従来の素子では、上記Q,,Q2(とりわけQ,
)をとることは不可欠のことであった。ところが、これ
らQ,,02は素子の集積密度の面から見れば好ましく
ない。そこで、本発明は上記従来の素子におけるアラィ
メント余裕Q,,Q2を少なくすることにより、素子の
集積密度を向上せんとするものであり、その要旨は、ゲ
ートポリシリコンに従来より厚い酸化皮膜を形成し、該
酸化皮膜をマスクとしてコンタクト穴をセルフアラィメ
ントにより形成するために、次の工程を具備して成る。
すなわち、シリコン基板の主表面上に形成された絶縁膜
の上にシリコン層もしくは金属層を選択的に形成する工
程と、選択的に形成された前記シリコン層もしくは金属
層から露出された前記シリコン基板の主表面部に窒素イ
オンを打込むことによって、前記シリコン層もしくは金
属層から露出された前記シリコン基板の主表面部にシリ
コンナイトラィド膜を形成する工程と、前記シリコンナ
イトラィド膜を耐酸化マスクとして前記シリコン層もし
くは金属層を熱酸化処理することによって、前記シリコ
ン層もしくは金属層の表面に酸化皮膜を形成する工程と
を具備して成ることを特徴とする。
以下、図に示す本発明の実施態様について説明する。
実施例1 第2図a〜k‘まシリコンゲート構造のnチャンネル形
MOSICの製造方法を示す処理工程図である。
風比抵抗5〜8Q・肌のP型シリコン基板10をウェッ
ト02、1100こ0程度の雰囲気中で熱処理すること
により、基板10の上面に膜厚1一肌程度の熱酸化膜1
1を形成した後、熱酸化膜11のうちソース、ドレィン
およびゲートを形成すべき部分を選択的にエッチングす
る。ついで、上記シリコン基板10をドライ02中で熱
処理することにより、上記熱酸化膜11がエッチングさ
れた部分にゲート用の膜厚0.1〆の程度の薄い酸化膜
12を形成する(第2図a)。【B}上記ゲート用の酸
化膜12が形成されたシリコン基板10上に、モノシラ
ンSiH4の熱分解により膜厚4500A程度のポリシ
リコン層13、モノシランSiH4と酸素02との気相
反応により膜厚1000A以下の二酸化シリコンSi0
2層14を順次形成する(第2図b〜c)。
に}上記二酸化シリコンSi02層14上、ゲートを形
成すべき部分にホトレジストパターン15を選択的に形
成し、それをエッチングマスクとして上記二酸化シリコ
ンSi02層14、ポリシリコン層13および酸化膜1
2を順次エッチング処理する。エッチング液としては、
二酸化シリコンSi0214,12に対してHF系、ポ
リシリコンSi,3に対しては(HF十日N03)系の
従来公知のものを利用する。ついで、上記の選択エッチ
ングを終えたシリコン基板10の上面にイオン打込み法
により、窒素イオンを打込み、ソースおよびドレィンを
形成すべき基板10の表面に薄いシリコンナイトラィド
Si3N4藤16を形成する。シリコンナイトラィド膜
Si3N4膜16は後工程で熱酸化のためのマスクとし
て使用するため膜厚200A程度以上を必要とし、たと
えばイオン打込みエネルギー5皿eVでイオン濃度1び
7/抑以上とする(第2図d〜e)。■次に上記ポリシ
リコン層13上の二酸化シリコン層14およびホトレジ
スト層15をシリコン基板10上から除去した後、シリ
コン基板10上にイオン打込み法によりN型不純物であ
るリンをドープする。これにより、ソース、ドレインと
なるN形不純物領域17,18が選択的に形成されると
共に、ポリシリコン層13も導電化される。この場合た
とえば、イオン打込みエネルギー50KeVでイオン濃
度1び6/即以上とする(第2図f)。‘E}ついで、
上記シリコン基板10をウェット021100午0の雰
囲気中で熱酸化処理することにより、上記電化されたポ
リシIJコン層13の表面に膜厚2000〜3000A
の二酸化シリコン皮膜19を形成する。この熱酸化処理
によりポリシリコン層13は膜厚が3500A程度に減
少するがその表面は熱酸化による上記二酸化シリコン皮
膜19により完全に被覆される。なおこの場合、上記ソ
ースおよびドレィンとなるN形不純物領域17,18の
表面は、シリコンナイトラィド膜16により覆われてい
るため、酸化されることはない(第2図g)。脚熱酸化
マスクとしての役目を終えたシリコンナイトラィド膜1
6をシリコン基板10からエッチングし除去した後、従
釆公知のホトェツチングによりポリシリコン層13表面
の二酸化シリコン皮膜19にコンタクト穴20を形成す
る。ついで、シリコン基板10の上面全体に、たとえば
モノシランSiH4と酸素02との気相反応による膜厚
3000A以上の二酸化シリコン膜21を形成する(第
2図i)。■次に、上記二酸化シリコン膜21のうち、
ソース、ドレィンとなるN形不純‐物領域17,18上
およびポリシリコン層13上のものを部分的にエッチン
グする。このエッチング方法は従来と同様の方法による
が、この場合にはポリシリコン層13の表面が熱酸化に
よる二酸化シリコン皮膜19で覆われているため、ポリ
シリコン層13側のエッチング端面22a,22bはた
とえポリシリコン層13上に位置したとしても従来のよ
うなショートの問題を生ずることはない。従って、上記
のコンタクト穴形成のための選択エッチには、従釆のよ
うなアライメント余裕Q,,Q2は不要である。なお、
厚い熱酸化膜11側のエッチング端面23a,23bに
ついては、コンタクト穴が形成されるかぎり、N形不純
物領域17,18上、あるいは厚い熱酸化膜11上に位
置しても良く、そのためのアラィメント許容度はきわめ
て大きく、従ってそのアラィメントは容易に行なえる。
こうした後、従来公知のアルミニゥム蒸着およびホトェ
ッチングにより所定のアルミニウム電極および配線24
(膜厚1仏肌程度)を形成して素子を完成する(第2図
i〜k)。なお、上記実施例1では、ボリシリコン層1
3を選択的に酸化する際のマスクとなるシリコンナイト
ラィド膜16を、ソースおよびドレィンを形成すべき部
分の表面全体に形成しているが、上記シリコンナイトラ
ィド膜を、コンタクトを形成するソース、ドレィンおよ
びゲートの必要な部分のみに形成することもできる。第
3図はその一例を示すものであり、a2は実施例1にお
ける第2図e相当する断面図、alはその平面図である
。この変形例では、ポリシリコン層13および二酸化シ
リコン膜12の選択エッチを終えた後、第3図al,a
2に示すように、コンタクトをとるべき部分のみにシリ
コンナイトラィド膜161を形成している。従って、実
施例1における二酸化シリコン皮膜191は、第3図b
に示すように、ポリシリコン層13の表面のみならず、
ソース、ドレィンとなるN形不純物領域17,18の表
面にも形成されることになる。これにより、シリコン基
板10上、コンタクトをとるべき部分以外はすべて絶縁
膜で保護されることとなり、この変形例では実施例1に
おける二酸化シリコン膜21を省略することもできる。
また、第4図は上記の変形例の一部をさらに変形したも
のであり、ゲートポリシリコン層13に対するコンタク
トを、ソース、ドレインの外側でとる場合を示している
。従って、この場合にはゲートポリシリコン層13に対
するコンタクト部のシリコンナイトラィド膜162は図
に示すように大きくすることができる。以上のように、
本発明によれば、従来では不可欠とされていた、ソース
およびドレインのコンタクト部分におけるアラィメント
余裕Q,,Q2を少なくすることができるため、それだ
け素子の集積密度を向上することができる。なお、本発
明はシリコンゲート構造のMOSICおよびLSIのみ
ならず、モリブデン等のいわゆるリフレクタリーメタル
をゲートとして用いたMOSICおよびLSIに適用で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のこの種の半導体装置における問題点を説
明するための断面図、第2図a〜kは本発明の第1実施
例の処理工程を示す断面図、第3図はその変形例を示し
、alは平面図、a2はalにおけるX一X線に沿った
断面図、bは断面図、第4図は他の変形例を示す平面図
である。 Q・’Q2..・..・アライメント余裕、10・・.
・・.P型シリコン基板、11・・・・・・熱酸化膜、
12・・・・・・ゲート用の薄い酸化膜、13……ポリ
シリコン層、14・・・・・・二酸化シリコン層、15
・・・・・・ホトレジストパターン、16,161,1
62……シリコンナイトラィド膜、17,18…・・・
N形不純物領域、19,191・・・・・・二酸化シリ
コン皮膜、20・・・・・・コンタクト穴、21・・・
・・・二酸化シリコン膜、22a,22b,23a,2
3b……エッチング端面、24・・・・・・アルミニウ
ム電極および配線。 第1図第2図 第2図 第2図 第4図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 シリコン基板の主表面上に形成された絶縁膜の上に
    シリコン層もしくは金属層を選択的に形成する工程と、
    選択的に形成された前記シリコン層もしくは金属層から
    露出された前記シリコン基板の主表面部に窒素イオンを
    打込むことによって、前記シリコン層もしくは金属層か
    ら露出された前記シリコン基板の主表面部にシリコンナ
    イトライド膜を形成する工程と、前記シリコンナイトラ
    イド膜を耐酸化マスクとして前記シリコン層もしくは金
    属層を熱酸化処理することによって、前記シリコン層も
    しくは金属層の表面に酸化皮膜を形成する工程とを具備
    して成ることを特徴とするMIS形半導体装置の製造方
    法。
JP846176A 1976-01-30 1976-01-30 Mis形半導体装置の製造方法 Expired JPS605065B2 (ja)

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