JPS6057705B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路装置にかかり、とくに互いに絶
縁された多層の多結晶シリコン層およびそのコンタクト
構造に関する。

最近、半導体集積回路装置は半導体製造技術の向上と共
に、次第に大容量、大規模化してきた。

それにともないパターンの微細化、及び多層化が行なわ
れてきた。そのうちでも、互いに重なりなう電極層間の
短絡の問題は、回避されねばならない重要な技術的課題
である。該上記短絡現象は二層の重なりあつた部分の上
面で、上層と外部配線用金属へ接続するためのいわゆる
コンタクト孔の開孔に際して、腐蝕液が該隣接する二層
間の絶縁膜を腐蝕することに起因する。このため該コン
タクト孔を該二層の重なりあつた部分の上面で開孔する
ことができず、これが集積度の上昇をさまたげる一因を
なしている。これを解決するために上層の電極層上の絶
縁膜とは異なる性質の絶縁膜を層間絶縁層に有すること
が有利である。すなわち従来は該二層間の絶縁は、通常
二酸化シリコン膜あるいはリンガラス膜、もしくはその
両者等により行なわれている。両者とも、フッ化水素酸
系の腐蝕液による腐蝕速度が大きい。たとえば上層の電
極層に多結晶シリコン層を用いた場合、拡散、酸化等の
高温熱処理を受けると、容易にフッ化水素系の腐蝕液が
該層中を通過するようになり、フッ化水素酸系の腐蝕液
を使用する腐蝕除去工程では、完全なマスクの役目を果
さない。従つて、該二層が重なりあつている部分で、上
層の電極層表面に、フッ化水素酸系の腐蝕液を用いてコ
ンタクト孔を開けると、該腐蝕液は上層の上表面に到達
した後、該層を瞬時に貫通し、層間絶縁層をも腐蝕除去
してしまう。この過程で生じた層間絶縁層中の微小孔は
コンタクト孔開孔後、外部配線用金属及び多結晶シリコ
ンが、被着され、さらに熱処理を受けると、アルミニウ
ム等導体の侵入を受け上下二層の多結晶シリコン層間に
短絡路が形成されるために、二層間の絶縁が破られるこ
とになる。従来技術では、このため該上層の電極層と外
部配線用金属を接続するときには、重なつていない部分
の該上層の上表面で、コンタクト孔を開孔していた。従
つて従来技術では、該二層の多結晶シリコン層がなりあ
つている部分で、該上層の多結晶シリコン層上表面にコ
ンタクト孔を開けうる面積的余裕が存在していても、こ
れを利用しえない為、該余裕を多数含む半導体装置では
、集積度を上げることが困難であつた。これを解決する
ために本発明では層間絶縁膜をたとえばシリコン窒化膜
を有する複数の膜て構成する。一方、下層の電極層にも
配線層を上層が重ならない部分でコンタクト接続しなけ
ればならない。しかしこの性質の異なる層間絶縁層をこ
の下層のコンタクト部までそのまま設けたのでは、そこ
でのコンタクト開孔作業がはん雑なものとなる。又、こ
の下層の電極層上に厚い層間絶縁層が位置していると配
線層の段切れが発生する恐れがある。したがつて本発明
の特徴は、半導体基板上に設けられた第１の電極層と、
該第１の電極層上に層間絶縁層を介して設けられた第２
の電極層と、該第２の電極層が上部に位置しない第１の
電極層のコンタクト部において該第１の電極層に接続せ
る配線層とを有する半導体集積回路装置において、前記
層間絶縁層は前記第１および第２の電極層が重なる全領
域において第１および第２の絶縁膜を．有し、かつ該第
１の絶縁膜は前記コンタクト部まで延在しそこにコンタ
クト孔が設けられ、該第２の絶縁膜は該コンタクト部ま
で延在しておらず、前記第１の電極層の前記コンタクト
部上のコンタクト孔が設けられる絶縁層は前記第２の電
極層のＪコンタクト部のコンタクト孔が設けられる絶縁
膜の構成と同一構成となつており、かつ該第１および第
２の電極層のコンタクト部上のそれぞれのコンタクト孔
が設けられる該絶縁層は該第１および第２の電極層の間
に介在される前記層間絶縁層の・構成とは異なつている
半導体集積回路装置である。

これにより第１および第２の電極層のコンタクト部に達
するコンタクト孔が容易にかつ安全に形成することが出
来る半導体集積回路装置が得られる。

次にこの発明による半導体装置の実施例を一トランジス
タ型メモリーセルの製造を例にとり、その製法と共に図
面を照して説明しよう。

第１図は従来技術により、二層の多結晶シリコン層４及
び６を、それぞれコンタクト孔を介して外部配線用金属
１１と接続した状態を示す。

すなわち該２層の多結晶シリコン層４及び６の重なりｊ
あつた部分に、上層の多結晶シリコン層６と外部配線用
金属９とを接続するためのコンタクト孔を開孔しうる面
積的余裕が存在するにもかかわらず、他の部分で開孔し
ている。第２図は本発明の多層電極配線を有する半導体
集積回路装置の１実施例の断面図である。

Ｐ型シリコン基板１１にＮ＋層１２を設け、基板１１の
表面にゲート酸化膜１３とフィード酸化膜１４を設ける
。

ゲート酸化膜１３の一部とフィード酸化膜１４の一部の
表面に第１の電極層である多結晶シリコンの下部電極配
線１５を選択的に設け、この上に第１の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜１６と第２の絶縁膜てあるシリコン窒化膜
１７とから構成される層間絶縁層が設けられる。このシ
リコン酸化膜１６は電極層１５のコンタクト部２５まで
延在しそこにコンタクト孔２４を形成するが、一方シリ
コン窒化膜１７は第２の電極層である多結晶シリコンの
上部電極配線１９と重なる全領域には位置しているが上
記コンタクト部２５までは延在していない。この上部電
極層１９はゲート酸化物１３および上記層間絶縁層のシ
リコン窒化膜上に設けられその上には絶縁膜であるシリ
コン酸化膜２０が被着されるがこのシリコン酸化膜２０
も上記第１の電極層のコンタクト部２５上には延在して
いない。一方シリコン酸化膜２０上のリンガラス１８の
みが上記コンタクト部２５上にまで延在している。又、
第２の電極層１９である上部電極配線のコンタクト部２
７上のシリコン酸化膜２０およびリンガラス１８からな
る絶縁層にもコンタクト孔２６が設けられる。そして下
部電極配線１５、上部電極配線１９、Ｎ＋層１２の開口
部に外部配線２１，２２，２３がそれぞれ設けられる。
上記構造の多層配線において、外部配線２２が上部電極
配線１９と接続する部分のすぐ下にはシリコン窒化膜１
７が設けられている。

シリコン窒化膜はシリコン酸化膜２０とリンガラス１８
とからなる絶縁物層を開口する腐蝕液、例えば弗化水素
系の腐蝕液に侵されないから、下部電極配線と上部電極
配線との間の絶縁を保持する。従つて、二つの電極配線
が重なり合つた所の上部電極配線から外部配線を引出す
ことができ、集積度を向上させることができる。さらに
第１電極層１５のコンタクト部２５上にはシリコン窒化
膜１７もシリコン酸化膜２０も延在していないから、そ
のコンタクト形成は容易となり、かつこの部分の全体の
絶縁層の層厚は小となるから配線線層２１の段切れの懸
念もなくなる。次に、本発明の半導体集積回路装置を実
現するための製造方法について説明する。

第３図乃至第６図は、本発明の半導体集積回路装置の主
な製造工程における断面図である。

Ｐ型シリコン基板１１に熱酸化法によりゲート酸化膜１
３とフィールド酸化膜１４とを設けた後、気相成長法あ
るいはスパッタ法等を用いて全一面に多結晶シリコン層
１５を設け、その上に熱酸化によりシリコン酸化膜１６
を設け、更にその上に気相成長法によりシリコン窒化膜
１７を設ける。プラズマ・エッチ法によりシリコン窒化
膜１７を選択除去し、残つたシリコン窒化膜をマスクに
してシリコン酸化膜１６を選択除去し、更に上記二つの
膜をマスクにして多結晶シリコンの下部電極配線１５を
選択除去する。引続き露出しているゲート酸化膜を除去
する（第３図）。次に、熱酸化して除去されたゲート酸
化膜を再び形成するとともに多結晶シリコンの下部電極
配線１５の露出した側面をシリコン酸化膜で覆う（第４
図）。

再び多結晶シリコン層を設け、選択除去して上部電極配
線１９を設ける。

前と同様に熱酸化して除去されたゲート酸化膜を再び形
成するとともに多結晶シリコンの上部電極配線１９の表
面にシリコン酸化膜２０を設ける（第５図）。次に、全
表面からリンを熱拡散するとゲート酸化膜１３は厚さが
薄いのでこの部分を通つてＰ型シリコン基板１１にリン
が拡散してＮ＋層１２が形成されると同時にシリコン窒
化膜１７の露出した部分とシリコン酸化膜１３，１４，
１６，２０の露出した部分の表面層がリンガラス１８に
変換される（第６図）。

リンガラス膜１８、シリコン酸化膜１４，１６，２０を
弗化水素系の腐食液で選択開口した後、アルミニウムを
蒸着、選択除去して外部配線２１，２２，２３を形成す
ることにより第２図に示した半導体集積回路装置が形成
される。

上記実施例では、外部配線と接続するための開口部形成
に弗化水素系の腐食液を用いたので、これにより腐食さ
れない絶縁物としてシリコン窒化膜を用いたが、シリコ
ン窒化物の代りに気相成長させたアルミナを用いること
もできる。

弗化水素系の腐食液に腐食され開口部形成に有利な絶縁
物としてシリコン酸化膜、リンガラスを用いたがホウケ
イ酸ガラスを用いることもできる。また、腐食液として
リン酸を使用するときは、シリコン窒化物は腐食され、
ゲート酸化物は腐食されないから実施例におけるシリコ
ン酸化物とシリコン窒化膜とを逆に用いても本発明の目
的を達成することができる。

上記実施例でＰ型シリコン基板を使用した例について説
明したが、伝導型を逆にしても同様な効果をもつ半導体
装置が得られることは勿論である。

本発明によれば、多層配線を高密度に実施でき、集積度
の高い半導体集積回路装置が良好な歩留りで得られるの
で当該分野における効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多層電極配線を有する半導体集・積回路
装置の１例の断面図、第２図は本発明の多層電極配線を
有する半導体集積回路装置の１実施例の断面図、第３図
乃至第６図は、第２図の半導体集積回路装置の主な製造
工程における断面図である。 １・・・・・Ｐ型シリコン基板、２・・・・・・ゲート
酸化膜、３・・・・・・フィールド酸化膜、４・・・・
・・多結晶シリコンの第１電極配線、５・・・・・・シ
リコン酸化膜、６・・・・・多結晶シリコンの第２電極
配線、７・・・・・・シリコン酸化膜、８，９・・・・
・・外部配線、１１・・・・・・Ｐ型フシリコン基板、
１２・・・・・Ｎ＋層、１３・・・・・・ゲート酸化膜
、１４・・・・・・フィールド酸化膜、１５・・・・・
・多結晶シリコンの第１電極配線、１６・・・・・・シ
リコン酸化膜、１７・・・・・・シリコン窒化膜、１８
・・・・・・リンガラス膜、１９・・・・・・多結晶シ
リコンの第２電極配線、２０・ ・・シリコン酸化膜、
２１，２２，２３３・・・・・外部配線、２４，２６・
・・・・・コンタクト孔、２５，２７・・・・・・コン
タクト部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板上に設けられた第１の電極層と、該第１
   の電極層上に層間絶縁層を介して設けられた第２の電極
   層と、該第２の電極層とが上部に位置しない第１の電極
   層のコンタクト部において該第１の電極層に接続せる配
   線層とを有する半導体集積回路装置において、前記層間
   絶縁層は前記第１および第２の電極層が重なる全領域に
   おいては第１および第２の絶縁膜を有し、かつ該第１の
   絶縁膜は前記コンタクト部まで延在しそこにコンタクト
   孔が設けられ、該第２の絶縁膜は該コンタクト部まで延
   在しておらず、前記第１の電極層の前記コンタクト部上
   のコンタクト孔が設けられる絶縁層は前記第２の電極層
   のコンタクト部上のコンタクト孔が設けられる絶縁層の
   構成と同一の構成となつており、かつ該第１および第２
   の電極層のコンタクト部上のそれぞれのコンタクト孔が
   設けられる該絶縁層は該第１および第２の電極層の間に
   介在される前記層間絶縁層の構成と異なつていることを
   特徴とする半導体集積回路装置。