JPS6110257A - パターン化した導電層上に絶縁体を形成する方法 - 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】 本発明はパターン化した第１導電層を具え、前記導電層
はこの導電層の隣接部分より上に上向きに突出する部分
を有し、さらに電気絶縁層を具え、前記電気絶縁層は、
前記導電層および本体の隣接部分上に、前記絶縁層の一
部分が前記絶縁層の隣接部分より上に特に前記絶縁層の
突出部分の位置において上向きに突出するように形成さ
れている本体上に絶縁層を形成する方法に関するもので
ある。

能動半導体領域をケイ素ウェハーの表面に沿って分離す
る従来技術は酸化物による分離であって、この技術では
二酸化ケイ素の厚い絶縁フィールド領域を能動領域の回
りの側面に成長させる。かかるデバイスにおける能動領
域の端縁に沿った区域において、フィールド酸化物は酸
化物の隣接部分およびケイ素領域より上に上向きに突出
する鳥の頭の形状をしていることが多い。

能動領域の所定の部分に対する電気接点は、酸化物およ
びケイ素領域の上に横たわるパターン化した導電層によ
って作られる。普通導電層は金属層を構体の頂面上に堆
積させ、次いで金属の望ましくない部分を除去すること
により生成する。この結果、生成する上側表面に沿って
少くとも２種の高さの差が生ずる。一方の高さの差は鳥
の頭の上の金属部分の頂面から隣接金属の頂面までの間
で生ずる。他方の高さの差は残りの金属の端縁において
生ずる。

他のパターン化した金属層を使用しようとする場合には
、先ず構体の上側表面の上に絶縁層を堆積さ・ける。一
般的にこの絶縁層の頂面の状態が第１金属層の状態に影
響を及ぼす。米国特許第３．９６２．７７９号（アール
・ニドワード等）は、例えば、絶縁層の頂面が鳥の頭の
上で最大高さに達し、第１金属層の端縁を越えた区域で
最小高さに低下することを示している。かかる表面ので
こぼこは第２金属層による良好な被覆を設ける際に困難
を生ずる。

この種類の構体におけるかかる非平坦性は、例えば米国
特許第４，０２５，４１１号（ワイ・ホムーマ等）に記
載されているように、鳥の頭をいくつかまたは全部除去
することにより軽減することができる。

この米国特許によれば、フォトレジスト層を鳥の頭の上
および構体の隣接部分の上に、ホトレジスト層の上側表
面がほぼ平坦になるように形成する。

次いでこの構体をスパッタエツチングする。この際フォ
トレジストおよび二酸化ケイ素はほぼ同じ割合で侵され
る。従って、鳥の頭は除去されるが、酸化物分！１１領
域の隣接部分は除去されない。表面の非平坦性を減少す
る際には、エツチングを全く注意深く制御して能動領域
中への貫入を回避する必要がある。

前記米国特許によれば、平坦面上に位置するパターン化
した金属層上に形成された絶縁層を平坦化する際に類似
の技術を使用する。鳥の頭は存在しない。はぼ平坦な上
側表面を存する重合体層を金属の上および絶縁層の隣接
部分の上に形成する。

次いでこの構体をイオンビームによって処理して金属が
露出するまで平坦面を下げる。この技術はある限定され
た用途では有用であるが、この技術は第１金属が鳥の頭
の上に横たわりかつこれを上に横たわる第２金属層の部
分から電気的に分離する必要がある場合にまでは及ばな
い。

本発明の目的は電気絶縁性を犠牲にゼずに表面の非平坦
性を減少する方法によって構体を製造することにある。

本発明方法は特に鳥の頭が表面の非平坦性の原因となっ
ている酸化物で分離された半導体デバイスに適用できる
が、また類似の表面の不規則性が存在する他のデバイス
にも適用される。

本発明方法は、実質的に平坦な表面を有する追加層を前
記絶縁層上に形成し、前記絶縁層の材料より著しく前記
追加層の材料を侵す第１エツチング剤により前記追加層
をエツチングすることによって、前記絶縁層の突出部分
の少くとも一部分を露出さセ、次いで前記追加層の残部
および前記絶縁層を、これが露出状態になるまで、前記
絶縁層および前記追加層の材料を実質的に同じ割合で侵
す第２エツチング剤によりエツチングすることを特徴と
する。

導電層の突出部分は、例えば、酸化物分離領域の烏の頭
によって生成することができる。電気絶縁層が導電層の
上および本体の隣接部分の上に形成された際に、導電層
の突出部分の位置における絶縁層の部分が同様に上向き
に突出する。

平坦な上側表面を有する追加層は普通、ホトレジスト層
を堆積させ、次いでこれを表面がほぼ平坦になるまで加
熱すること妃よって、絶縁層上に形成される。絶縁層の
、例えば、エツチングによる露出は、その突出部分に隣
接する絶縁層の部分が露出しないうちに終らせるのが普
通である。

第２エツチング剤によるエツチングは導電層のどの部分
も露出しないうちに終らせるのが普通である。従って、
絶縁性上側表面は、この絶縁性上側表面が導電層の上側
表面にほぼ合致している導電層の突出部分の上を除き、
はぼ平坦である。

そこで介在部分を形成するための１個以上の開口を、導
電層に達するまで絶縁層の残部中にエツチングすること
ができる。絶縁層の残部は導電層の側方端縁を越えた部
分では前記端縁の上の部分より厚さが厚いので介在部分
は大きすぎる大きさにするｍ＝すなわち、導電層の下に
ある部分より幅を厚くするｍ＝ことができ、しかも介在
部分は導電層に隣接する絶縁材料を貫通ずることはない
。

これにより絶縁祠料の下の材料中への望ましくない侵入
が回避される。次いで第２のパターン化した導電層を絶
縁層の残部の上に形成する。導電層は介在部分を介して
選択的に互に接触する。第１導電層の突出部分において
導電層のある部分間の接触が望ましくない場合には、絶
縁層の残部の合致する部分が所要の分離を提供する。

本発明を図面を参照して例について説明する。

第１ａ〜１ｇ図は酸化物で分離された半導体構体の製造
工程を示す正面図であって、この半導体構体は高度の平
坦特性を有し、これにより多重導電層の使用が容易にな
る。第２ｅ〜２ｇ図はそれぞれ第１ｅ〜Ｉｇ図に示す工
程の側面図である。特記しない限り、次の操作を大気圧
および常温（約２５℃）で行う。

出発材料は半導体本体１０で、本体１０は適当なＰ形お
よび／またはＮ形半導体不純物を１・−ブした単結晶ケ
イ素基板を有する。本体１０は基板の頂面に沿ってエピ
タキシャル層（図面には明示されていない）を有するこ
とができる。

厚さ約１゜４ミクロンの厚い二酸化ケイ素の電気絶縁領
域１２を従来技術によって本体ＩＯの上側表面に沿って
成長させて能動半導体領域１４の側面を取囲み、これに
よりこの領域を他のかかる能動半導体領域から分離する
。これは代表的な例では、本体１０の上側表面に沿って
オキシ窒化ケイ素層を形成し、このオキシ窒化ケイ素層
中および酸化物の分離領域１２に予定されている位置で
下にあるケイ素中に溝を形成し、次いでこの構体を加熱
して領域１２を成長させることにより行われる。次の工
程では、オキシ窒化物層を除去し、次いで種々のＮ形お
よび／またはＰ形の領域（図示せず）を領域１４に形成
する。単結晶ケイ素以外の物質を領域１４の頂面から除
去する。かくして第１ａ図に示す構体が得られる。

酸化物による分離処理の結果として、フィールド酸化物
領域１２は領域１４の端縁に沿って鳥の頭の形状をした
上向き突出部１６を有する。鳥の頭１６はこれに隣接す
る絶縁体１２の主要部分１８より上に約０．４ミク−］
ン突出し、能動領域１４よリートに先の場合より数１−
ナノメーク小さく突出する。

厚さ約０．５ミクロンのパターン化した導電層２０を第
１ｈ図に示すように鳥の頭１６並びにこれに隣接する領
域１４および１８の部分上に形成する。導電層２０は、
厚さ０．５χの銅を含有するアルミニウム合金のような
金属の層を構体の上側表面全体の上に堆積さ・ｌ、層２
０に予定されている位置の上にフォトレジストマスクを
形成し、次いで金属層の望ましくない部分を三塩化ホウ
素と塩素とからなるプラズマのようなエツチング剤によ
って除去するごとにより形成する。第１ｂ図において、
層２０はこの図の平面に平行に延在する導体トラックで
ある。層２０の部分２２はこれに隣接する層２０の部分
より一ヒに上向きに突出する。

約１２％の五酸化リンを含有する一酸化ケイ素の電気絶
縁層２４を第１ｃ図に示すように構体の頂面の全体のｌ
−＆こ化学的に蒸着させる。リン−ケイ酸塩ガラス（Ｉ
’ＳＧ）層２４は平均１．４ミクロンの厚さを有する。

ごの堆積は大気圧で行われるので、金属突出部２２の上
には僅かに多量のＰＳＧが堆積する。この結果、誘電層
２４は金属突出部２２の上に厚さ約１．５５ミクロンの
上向き突出部分２６を有する。これにより約０．５５ミ
クロンの高さの差１ｕが、酸化物突出部分２６の頂面と
、主要フィールド酸化物部分１８の上の導体２０の上に
横たわる絶縁体２４の隣接部分の頂面との間に存在する
。導体２０の端縁における段差が絶縁層２４に大きな影
響を与える。従って、約０．５ミクロクの高さの差が、
主要絶縁部分１８と接触する層２４の部分の頂面と、層
２０の上の層２４の隣接部分の頂面との間に存在する。

約１．２ミクロンのハントのポジティブ・フォトレジス
ト（Ｈｕｎｔ’ｓ　Ｐｏ５ｉｔｉｖｅ　Ｐｈｏｔｏｒｅ
ｓｉｓｔ）２０４を誘電体２４の上側表面全体の上に堆
積させる。このフォトレジストを１０３℃で３０分間熱
処理し、次いで平行な方向を有する放射に曝す。次いで
このフォトレジストを２００℃で３０分間加熱する。か
かる処理によりフォトレジストは第１ｄ図に示すように
極めて平坦な上側表面を有する層２８になるまで流れる
。

この構体は、例えば、ＡＭ［８１１０へキソイダル（ｈ
ｅｘｏｉｄａｌ）プラズマ反応器（アプライド・マテリ
アルス社製）内に置く。この反応器を８０ミリトル（ｍ
ｉｌｌｉｉ、ｏｒｒ）の圧力まで排気する。この構体に
流量８０標準ｃＩａ／分（ＳＣＣＭ）の酸素からなるプ
ラズマを５．５分間作用さ〜口る。反応器に対するＲＦ
小出力１．３５０ワツトである。酸素プラズマは層２４
のＰＳＧより著しく　（有効に無限に）層２８のフォト
レジスト膏侵ず。かくして、第１ｅおよび２ａ図に示す
ように、フォトレジスト層２８がエツチング除去された
際に突出部２６の一部分が露出する。突出部分２６の露
出部分は生成する層２８の残部の上側表面より上に約０
．３５ミクロン突出する。

この構体がブラスマ反応器内に置かれている間に、この
構体に流１３３ｓｃｃＭの酸素と４７ＳＣＣＭの四フッ
化炭素とからなるプラズマを１４分間作用させる。

ＲＦ小出力Ｉ　、　３５０ワツトに維持する。酸素／四
フッ化炭素プラズマはフォトレジストおよびＰＳＧを同
じ割合と極めて近い割合で侵す。フォトレジスト層２日
および絶縁層２４の一ト側表面の材料は露出するにつれ
て漸次除去される。上側表面は第１ｆおよび２ｆ図の構
体が達成されるまで、すべての点においてほぼ同程度下
方に移動する。

導体２０の端縁における段差は誘電体２４の残部３０に
は影響を及ぼさない。絶縁性突出部分２６の残部３２は
導電性突出部分２２の上側表面にほぼ合致している。絶
縁性上側表面の最低部と最高部との高さの差１．は約０
．３５ミクロンにすぎない。従って絶縁体３０は、部分
３２における最小値約０．９ミクロンから、誘電体３０
が主要フィールド酸化物部分１８と隣接する箇所におけ
る最大値約１．４ミクロンまで変化する厚さを有する。

酸化物の厚さも誘電体３０が能動領域１４と隣接する箇
所において約１．４ミクロンである。

第１図に示すような介在部分３４のための開口を構体の
上側表面に沿った選定された位置において導体２０に達
するまで絶縁体３０中に形成する。かかる介在部分は、
代表的な例ではフォトレジストマスクを形成し、このホ
トレジストに開けた孔から従来のフッ化水素酸溶液によ
る２、５分間の処理とＣｌ１Ｆ３／　ＣＯｚ／ｌｌｅプ
ラズマによる３分間の処理との組合せによってエツチン
グし、次いでこのフォトレジストマスクを除去するごと
により形成づる。介在部分３４が僅か重なり合わないよ
うに示されている第２１１！図から分るように、介在部
分３４は大きすぎる大きさに作りしかも導体２０に隣接
する絶縁体３０の全体を貫通しないように作ることがで
きる。層３０の厚さは層２０の端縁を越えた部分で−・
層厚くなっているのでエツチングに対する所要の完全な
縁部が擢供される。

厚さ１．０ミクロンのパターン化した導電層３６を構体
のＩ−側表面」二に形成する。導電層３６は、０．５χ
の銅を含有するアルミニウム合金のような金属の層を−
１−側表面全体の上に堆積させ、層３６に予定されてい
る位置の上にフォトレジストマスクを形成し、次いで金
属層の望ましくない部分を」二連のアルミニウム・エツ
チング剤によって除去することにより生成する。第１Ｂ
図は層３６の２個の部分を示し、これらの各部分は鳥の
頭１６の上に部分的に位置しかつ図面の平面に垂直に延
在する導電体トラックである。これらのトランクの一方
は介在部分３４を介して突出導電部分２２と接触し、こ
れらのトラックの他方は突出する絶縁性部分３２によっ
て突出部分２２から絶縁されている。そこで構体を従来
方法で仕上げることができる。

本発明を特定の例について説明したが、かかる説明は例
示のためのものであるにすぎず、本発明の範囲を限定す
るものと解すべきでない。例えば、絶縁体２４はどの部
分においてもほぼ一定の厚さを有するように形成するこ
とができる。層２日のためのほぼ平坦な上側表面は上述
の堆積／加熱技術以外の技術で生成することができる。

層２８の形成にフォトレジスト以外の材料を使用するこ
とができる。金属合金の代りにドープした多結晶ケイ素
を導体２０および３６のそれぞれのために使用すること
ができる。従って、当業者は種々の修正、変更および適
用を本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ、　ｌｂ、　ｌｃ、　ｌｄ、　ｌｅ、　Ｉｆおよ
び１ｇ図は本発明方法の各段階に才、ける半導体構造の
断面図、第２ｅ、　２ｆおよび２＋！図はそれぞれ第１
ｅ、　Ｉｆおよび１ｇ図における２ｅ−２ｅ、　２ｆ−
２ｆおよび２ｇ−２ｇ面で切断した半導体構造の断面図
である。 ｌＯ・・・半導体本体 １２・・・電気絶縁領域 （分離領域、フィールド酸化物領域、絶縁体）１４・・
・能動半導体領域（能動領域）１６・・何１向き突出部
分（鳥の頭） １８・・絶縁体１２の主要部分 （主要フィールド酸化物部分、主要絶縁部分）２０・・
・導電層（導体）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パターン化した第１導電層を具え、前記導電層はこ
   の導電層の隣接部分より上に上向きに突出する部分を有
   し、さらに電気絶縁層を具え、前記電気絶縁層は、前記
   導電層および本体の隣接部分上に、前記絶縁層の一部分
   が前記絶縁層の隣接部分より上に特に前記絶縁層の突出
   部分の位置において上向きに突出するように形成されて
   いる本体上に絶縁層を形成するに当り、実質的に平坦な
   表面を有する追加層を前記絶縁層上に形成し、前記絶縁
   層の材料より著しく前記追加層の材料を侵す第１エッチ
   ング剤により前記追加層をエッチングすることによって
   、前記絶縁層の突出部分の少くとも一部分を露出させ、
   次いで前記追加層の残部および前記絶縁層を、これらが
   露出状態になるまで、前記絶縁層および前記追加層の材
   料を実質的に同じ割合で侵す第２エッチング剤によりエ
   ッチングすることを特徴とするパターン化した導電層上
   に絶縁体を形成する方法。 ２、前記突出部分に隣接する前記絶縁層の部分が露出し
   ないうちに前記絶縁層の露出を終らせる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３、前記導電層のどの部分も露出しないうちにエッチン
   グ工程を終らせる特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、介在部分のために、前記絶縁層を通って前記導電層
   に達する開口を作り、前記絶縁層の残部および前記導電
   層の露出部分に第２のパターン化した導電層を設ける特
   許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記介在部分のための開口を大きすぎる大きさに作
   り、前記開口が前記第１導電層の端縁に隣接する前記絶
   縁層の残部の全体を貫通する前に開口工程を終らせる特
   許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、前記追加層がホトレジストから構成されている特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ７、前記追加層を形成する工程をホトレジスト層を前記
   絶縁層上に堆積させる工程、および前記フォトレジスト
   層をその上側表面が極めて平坦になるまで加熱する工程
   から構成する特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、前記絶縁層は大部分が半導体酸化物から構成されて
   いる特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９、前記第１エッチング剤が酸素からなるプラズマであ
   る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０、第２エッチング剤が酸素およびハロカーボンから
   なるプラズマである特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１、前記半導体酸化物が二酸化ケイ素からなり、前記
   ハローカーボンが四フッ化炭素からなる特許請求の範囲
   第１０項記載の方法。 １２、前記本体は一方の表面上にパターン化した電気絶
   縁領域を有す単結晶半導体構体からなり、前記絶縁領域
   は特に前記導電層の突出部分の位置において、前記絶縁
   領域の隣接部分より上に上向きに突出する端縁部分を有
   し、前記導電層の厚さはほぼ一定である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 １３、前記絶縁層を化学蒸着により形成する特許請求の
   範囲第１２項記載の方法。 １４、前記絶縁層を大気圧において形成する特許請求の
   範囲第１３項記載の方法。 １５、前記絶縁層の突出部分は前記絶縁層の隣接部分よ
   り厚さが厚い特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １６、前記絶縁層はほぼ一定の厚さに形成されている特
   許請求の範囲第１５項記載の方法。