JPS61503064A - リンにてゲッタリングされる半導体集積回路 - Google Patents

リンにてゲッタリングされる半導体集積回路

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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】 リンにてゲッタリングされる半導体集積回路発明の分野 本発明は半導体集積回路の製造、より詳細には、リンにてゲッタリングされる半 導体集積回路の製造方法に関実用上において重要な各種のＶＬＳ　１回路は短か いチャネル長及び浅いソース及びドレンｐｎ　接合を持つトランジスタを含む。
通常、これらトランジスタに対する電気的な相互接続は第２のレベルの絶縁層、 例えば、リンをドープされたガラス層によって互いに絶縁された第１及び第２の 金属化層レベルによって実現される。ｎ−チャネルＭＯＳトランジスタの場合、 この浅い接合は、通常、シリコン本体のソース及びドレン領域をリンでなくヒ素 にてドープすることによって達成される。これはヒ素よりリンの方が拡散が速い ためである。しかし、この接合の深さが非常に浅い場合は、半導体内のソース領 域及びドレン領域に電気接続を与えるためにデバイスのコンタクト　ウィンドウ 部分内に含まれる金属、例えば、アルミニウムが加熱ステップの際にこの接合に 望ましくないほど深く浸透し、この結果、トランジスタの性能に悪影響を与える という問題が発生する。この問題を解決するために、アルミニウム金属を沈殿す る前にコンタクト　ウィンドウ内に多結晶シリコン（ポリシリコン）コンタクト 電極層が沈殿され、このポリシリコン　コンタクト層によってこの接合へのアル ミニウムの浸透が防止される。このポリシリコン　コンタクト電極層は、通常、 このポリシリコンに必要とされる高い導電性を与えるため、並びに比較的高温、 典型的には１０００℃でのゲッタリング処理の際の不純物のゲッタリングのため のリン源を提供するためにリンにてドープされる。このリンを使用する高温での ゲッタリング方法は非常に有効ではあるが、リンが半導体本体を通じて横方向に 拡散することから集積回路内の隣接するデバイスのバッキング密度に限界がある ことが知られている。つまり、隣接するデバイス間にこの横方向の拡散に起因す る相互作用を回避するだめの最低限の間隔を確保することが必要である。本発明 の目的は、この最低限の間隔を減少させ、これによって隣接するデバイスのバッ キング＠度を向上させるこ短絡を起こすことなく隣接する集積回路ＭＯＳトラン ジスタ　デバイス間の距離を減少するために、個々のポリシリコン　ソース及び ドレイン電極コンタクトが（リンでなく）ヒ素あるいはアンチモンによってドー プされる。こうして、先行技術との対比において、電極コンタクトからリンが排 除されるが、一方、この方法によると。
リン　ゲッタリング　プロセスをいかに遂行するかの問題が発生する。本発明に よると、とのゲッタリング処理は半導体本体の上側面全体を犠牲保護層によって 保護してリンが浸透するのを防ぐ一方、半導体の下側面を露出した状態において 、リンを含む雰囲気内で高温にて遂行される。こうして、ゲッタリングは半導体 の下側面を通じて行なわれ、一方、半導体の上側面がリンに露出することが防が れる。このゲッタリング　プロセスの後に犠牲層が除去される。
図面の簡単な説明 第１図から第８図は本発明の１つの実施態様に従かう集積回路の製造のさまざま な段階を断面図にて示す。
詳細な説明 第１図に示される加工物は既に最初に簡単に説明される幾つかの加ニステップを 受けている。最初の材質は＜ｉｏｏ＞の配向を持つ実質的に均一なｐ−型の導電 性の単結晶シリコン　ウェーハ１２である。ウェーハ１２の上側の主表面１３． ５の任意の所に二酸化ケイ素の比較的厚い層、典型的には約３．５００オングス トロームの厚さの酸化物層が熱的に成長され、またｐ＋の表面領域１３を形成す るために電界酸化物を通じて均一なホウ素の移入が行なわれる。
次にウェーハの上側主表面１３゜５上に電界酸化物層１４を形成するために厚い 酸化物層が反応性スパッターエツチングによってパターン化され、次に第１図に 示される構造１０を製造するためにヒ素をドープされたｐ−領域１３．１が保護 マスキング層を通じて選択的に移入される。
次に比較的厚いゲート酸化物層１５（第２図）が、典型的には約２５０オングス トロームの厚さに成長され、この後、直ちに、第２図に示される構造２０を製造 するためにこのゲート酸化物層１５の上にポリシリコン層１６が、典型的には約 １，５００オングストロームの厚さに沈殿される（アンドープ）。
矢に（第３図）、埋没コンタクト、つまり、第１のレベルのポリシリコン金属化 層と本体の上側表面１３．５のフンタクトを形成するためにポリシリコン層１６ 及びゲート酸化物層１５を貫通して開口が作られる。これを達成するためには、 ポリシリコンをエツチングするだめの塩素による及びこれに続いてゲート酸化物 をエツチングするためのＣＨＦ、と酸素の混合物による反応性スパッター　エツ チングが行なわれ、次に第２のポリシリコン層が沈殿されヒ素イオンが移入され る。次に、第３図に示される３０を製造するためにタンタル　ケイ化物層１Ｂが 典型的には約２，５００オングストロームの厚さに沈殿されるが、構造３０は酸 化物層１５及びポリシリコン層１６を通じての表面領域１３へのコンタクト１日 。５を含む。
次に、ゲート及びゲート　レベル相互接続を定義するためのリソグラフィツク　 パターン化がタンタル　ケイ化物層１８を通じてエツチングするためのｃＦｃＬ ３　による及びこれに続くポリシリコン層１７及び１６を通じてエツチングを完 結するん−めの塩素と酸素の混合物による反応性スパッター　エツチングによっ て遂行される。
こう１．て、ウェーハの表面１３８５が開口部あるいはウィンドウ３１を通Ｉっ て露出される。タンタル　ケイ化物１８並びｒζポリシリコン層１１乃び１６の パターン化の結果として、構造４０内には（第４図）、元のポリシリコン層１６ に由来するポリシリコン層部分２６．３６．４６、及び５６、及び元のポリシリ コン層１７に由来するポリシリコン層部分２１．３７．４７、及び５７、並び４ ４元のタンタル　ケイ化物層１８て由来するタンタルケイ化物層部分２８．３８ ．４８、及び５８が残る。この層部分２６．２７、及び２８は製造されるエンハ ンスメント　トランジスタのゲート電極を形成し：層部分３６．３Ｔ、及び３８ は次て隣接して製造されるエンハンスメント　トランジスタのゲート電極を形成 し一層部分４６．４７、及び４８は製造されるディプリーション形トランジスタ のゲート電うを形成し、ここでこのソースはこのゲート電極に接続され；七して 層部分５６．５５７、及び５８はこのディプリーション形トランジスタに対する ドレン和瓦接続金属化層を形成する。
次にタンタル　ケイ化物が焼結されるが、これによって、このポリシリコン層部 分２１．３７．４１、及び５７内の不純物がポリシリコン層部分２６．３６．４ Ｇ、及び５Ｇ内に拡散され、それぞれ別個のポリシリコン層１２７．１３７．１ ４７、及び１５７が形成される。
次に、ウェーハが上側表面１３，５のこれまで露出されていた部分の上に保護二 酸化ケイ素層２５を成長させるため、並びＣでポリシリコン層及びケイ化物層を 酸化物（図示なし）にて覆うだめに熱的に再酸化され、次にヒ素イオンのソース 及びドレンへの移入が行なわｈる。こうして、第５図に示される構造５０内にお いて、ｎ十不純頌域２２１は製造されるエンハンスメイト　トランジスタのソー スあるいはドレンを形成し、ｎ十不純領域２２２は次に隣接して製造されるエン ハンスメント　トランジスタのソースあるいはドレンを形成し、ｎ十不純領域２ ２３は製造されるディプリーション　トランジスタのソース領域を形成し、セし １ｎ十不純領域２２４はこのディプリーション　トランジスタのドレン頭載を形 成する。熱的再酸化によって受ける高熱のため、ドープド及びアンド−ブト　ポ リシリコン層１７及び１６から由来するドープド及びアンド−ブト　ポリシリコ ン層部分は区別が困難となり、これらは併合される。第５図において、これらは 参照番号１２了、１３７．１４７、及び１５７によって示される。
次に、リンをドープされたテトラ　エチル　オルソケイ酸塩（Ｐ−ＴＥＯ８Ｉか らＰ−ガラス層１９（第６図）が約２ミクロンの厚さに沈殿される。ここで、リ ンの濃度は重量パーセントにて約５パーセントから約０．５パ一セント以内とさ れる。このリンの濃度は好ましくは約６パーセント以下とされるが、これより高 い濃度約８パーセントを使用することも可能である。絶縁層である層１９内にリ ンが存在すると、これは二酸化ケ１素曙とシリコン半導体層の上部表面の界面の 所の固定電荷（イオン）をコントロールし、ナトリウムなどのような望ましくな いイオンが移入するのを防止する機能を果す。
次にＰ−ガラス層１９が窒素雰囲気内で加熱されることによって濃度が増加され る。次に、ＣＦ４　と酸素との混合物によるプラズマ　プレーナー化の目的でＰ −ガラス層の上部表面のあらゆる所にポリクロム　フォトレジストが塗られ、Ｐ −ガラスの厚さが約１ミクロンまで減少される。このポリシリコン層の上部表面 は好ましくは、第２のレベルのアルミニウム金属化層がこの上に均一に形成でき るように実質的に平坦であることが要求される。
次にＰ−ガラス層が蒸気にて焼きなましされる。上部表面１３．５を露出するた めのフォトリングラフイックマスキング及びエツチングによってＰ−ガラス層及 び二酸化ケイ素層１１５を貫通してウィンドウが開かれる。
Ｐ−ガラス層のマスキング及び、３−レベル　レジストプロセスが使用されるが 、これに関しては、例えば、Ｊ、　Ｍ、モラン［Ｊ、　Ｍ、　Ｍｏｒａｎ　）及 びり、メイダン（Ｄ。
ヤーナル（Ｂｅ１ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　） 　ｓ　Ｖｏｌ。
５８．１９７９年、ページ１０２７−１０３６に発表の論文〔高分解能、急輪郭 レジスト　パターン（Ｈ４ｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　、　５ｔｅｅｐ　Ｐｒｏ ｆｉｌｅ　Ｒｅ５ｉｓｔ　Ｐａｔｔｅｒｎｓ　）　：）を参照すること。ただし 、ここでは、従来の底レジスト層より薄いレジスト層が使用される。（従来の方 法では、約１．８ミクロンあるいはそれ以上の厚さが使用されるが、ここでは約 １．０ミクロンから０．２ミクロン以内の厚さが使用される）。簡単に述べると 、この薄い底レジスト層は（これのプラズマ　プレーナー化を必要とすることな く）信頼性の高い均一なウィンドウ　パターンを生成するために必要であること が発見された。Ｐ−ガラス層のエツチングによるパターン化には、ＣＨＦ、と酸 素の混合物が使用される。
次に、ポリシリコン　コンタクト層２０がこの構造の上部表面上に典型的には約 ２．５００オングストロームの厚さに沈殿される。好ましくは、このポリシリコ ンコンタクト層２０は、これが段の上に順応的に沈殿するように、つまり、通常 の流動によってこの構造内の間隙が平坦化されない場合でもＰ−ガラス層上に良 好な段の包囲が提供されるよう化学蒸着によって沈殿される。不純物が、特に、 ｐ十領域１３内で横に拡散するという望ましくない現象を避けるため、及び電界 酸化物の下で起こり得る横方向への漏れを最小限にするために、ポリシリコン　 コンタクト層が、典型的には約６０　ｋｅＶにて、平方センナメートル当たり約 ７　ｘ　１０　＋ａ不純物原子の世にてヒ素にてドープされる。（リン以外の） 他のドーパント、例えば、アンチモンを使用することもできる。第６図にこの結 果として得られる構造６０が示される。
ポリシリコン層２０にヒ素あるいはアンチモンによるドーピングが行なわれるこ とが従来の方法と異なる点である。従来の方法では、リンが使用されるのが通常 である。本発明においては、このリンが前述のごとく、次のゲッタリング　プロ セスにおいて使用される。本発明においては、このゲッタリング　プロセスは以 下のように遂行される。
次に保護ガラス層２１（第７図）が製造される構造にキャブをし、またＰ−ガラ ス層の間隙の残りの部分（ポリシリコン層２０によって占拠されてない部分）を 充填するためにリンを含有しない’ｒｇｏｓから約３，０００オングストローム の厚さに沈殿される。層２１は好ましくはドープされないが、これは１あるいは ２パーセントの濃度のリンを含んでもよい（この程度の濃度は、通常、アンド− ブトＴＥＯ８沈殿が遂行されるチャンバー、つまり前にドープされたガラスが沈 殿されたのと同じチャンバーの壁に残留するリンから防ぐことが不可能である） 。
次に、シリコン本体１２の底面に蓄積されたポリシリコン、タンタル　ケイ化物 、及びガラスの全ての層（図示なし）がエツチングによって除去され、一方、こ の構造の上側面全体がフォトレジスト層（図示なし）によって保護される。
次にフォトレジスト層が除去され、この構造がリン、典型的には三臭化リンを含 む雰囲気内で約９５０℃にて約１時間ゲラクリング処理される。保護ガラス層２ １が存在するためウェーハ１２の上側表面に周囲からのリンが浸透することはな く、リンの横方向への拡散も起こらず、従来の方法と比較して、隣接するデバイ ス間の間隔をより狭くすることができる。
ゲッタリング　プロセスにおいて、リンをドープされたガラス層１１（第７図） 及びｎ十　不純物領域１１，５が形成される。底面に位置するこのリンをドープ されたガラス層１１及び上側面に位置する（ドープされない）ガラス層２１の両 方はシリコンを攻撃しない液体エツチングによって除去される。その後、例えば 、ＣＦ、と酸素の混合物によるスパッター　エツチングによってｎ＋領域１１． ５が除去される。次に、こうして製造された構造が水素雰囲気内で焼きなましさ れる。次に、この構造の上側面及び下側面にアルミニウム（金属化）層が約１ミ クロンの厚さに沈殿される。次に上側面上のアルミニウム層並びにポリシリコン 層２０がポリシリコンを完全にエツチングするためにリソグラフィツクレジスト マスキング及びＢα、とα２の混合物及びこれに続く純粋なα２にて反応性スパ ッター　エツチングされる。この直後に、残りのレジストがＣＦ、と酸素の混合 物によるスパッター　エツチングにて除去される。こうして、パターン化された ポリシリコン層４０上のパターン化されたアルミニウム層４１が上側面上に形成 されるが、ここで第８図に示される構造８０が製造されるよう下側面上にパター ン化されないアルミニウム層５１が残る。次に、水素雰囲気内において最終的な 焼きなましが遂行される。
ゲッタリング　ステップにおいて、９５０℃という高いゲッタリング温度にもか かわらず、Ｐ−ガラス層１９が流動するのを物理的に防止するポリシリコン層２ ０及びアンド−ブト　ガラス層２１（第７図）が存在するためＰ−ガラス層１９ が流動しないことに注意する。つまり、より具体的には、半導体の上側面１３． ５とコンタクトする領域内、あるいは後にアルミニウム層４１（第８図）が充填 されるＰ−ガラス層１９内の間隙の他の領域内のポリシリコン層２０の輪郭に望 ましくない変形が起こらないことに注意する。
このようにして静的直接アクセス　メモリｒｓＲＡＭ１回路が製造され、１．０ ミクロン設計仕様に従ってテストされた。第８図には、この回路の一部が示され る。ここには、１つのエンハンスメント　トランジスタのソース領域２２１及び ポリシリコン　ゲート電極１２７、並びに隣接する次のエンハンスメント　トラ ンジスタのソース領域２２２及びポリシリコン　ゲート電極１３γが示される。
ゲート電極１２７の近い方のエツジとソースコンタクト電極として機能するポリ シリコン層４ｏとの距離ｄ１は約１．０ミクロン、つまり１．０ミクロン設計仕 様の最小形状サイズであり：このソース　コンタクト電極の幅ｄ２は約２．２ミ クロン（Ｐ−ガラス層１９内の間隙のサイズに等しい）であり；このコンタクト 電極の近い方のエツジと電界酸化物層１４、つまりＰ−ガラス層１９の残りの横 方向の厚さの間の距離ｄ３は約０．２ミクロンであり；電界酸化物層１４の幅ｄ ４は約１．０ミクロンであり：この電界酸化物層１４の近い方のエツジと隣接す る次のトランジスタのソース　コンタクト電極の間の距離ｄ５は約０．２ミクロ ン、つまりｄ３と概むね同一である。ソース領域２２１が電界酸化物層１４の下 にくい込む距離ｄ６は約０．２５ミクロンであり、同様に、ソース領域２２１の 垂直の深さも約０．２５ミクロンである。
一方、（ヒ素のかわりに）リンがドープされたポリシリコン電極層４０は（ソー ス領域とに一プ領域がヒ素にてドープされても）、ソース領域２２１が電界酸化 物の下にソース領域２２２と重複するまで横方向にくい込み、このためこれら領 域２２１と２２２の間に望ましくない短絡回路が形成されることが発見された。
この構造８０が高密度バッキングが可能であることは、隣接するポリシリコン電 極コンタクトのエツジ間の最も近い距離（ｄ３＋ｄ４＋ｄ５）が約０．２　＋　 １、Ｏ＋　０．２　＝　１．４ミクロンであることから明白である。
国際調を翰告 ＩｍａｍｍｌｅａａｌＡ−−−Ｎ＠、ＰＣＴ／ＵＳ　８５１０１５１２ＡＮＮＥ Ｘ　Ｔｏ　ＴｆｌＥ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ 　０ＮＩＮＴＥＲＺＪＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣ Ｔ／ＩＪＳ　８５１０１５１２　（ＳＡ　１０３９５１ＵＳ−Ａ−４４６３４９ １０７１０８／８４　Ｎｏｎｅ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. １．半導体本体の上側主表面上に集積される半導体集積回路を製造する方法にお いて、 該本体の下側面でなく上側面を該本体に本質的にリンが拡散しない程度の十分に 低いリン濃度を持つ犠牲ガラス層（２１）によつてリンが浸透しないように保護 した状態において、リンを含む雰囲気内で高温にて該本体を加熱することによつ て該本体をリンにてゲツタリングするプロセスを含むことを特徴とする方法。
  2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、該上側面を覆う絶縁層（１９）を 貫通して延びる開口部の側壁及び底面上にヒ素あるいはアンチモンにてドープさ れたポリシリコン層（２０）を形成することによつて該ポリシリコン層が該個々 の開口部の底の所でヒ素あるいはアンチモンにてドープされた表面領域とコンタ クトするようにされることを特徴とする方法。
  3. ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、該方法が該ポリシリコン層（２０ ）を露出するために該保護層（２１）を除去するステツプ； 該ポリシリコン層上に金属層（４１）を沈殿するステツプ；及び 該集積回路に従つて該金属層及び該ポリシリコン層をパターン化するステツプを 含むことを特徴とする方法。
  4. ４．請求の範囲第３項に記載の方法において、該金属がアルミニウムであること を特徴とする方法。
  5. ５．請求の範囲第２項に記載の方法において、該絶縁層（１９）が重量にて約５ パーセントの濃度にリンをドープされたガラス層であることを特徴とする方法。
  6. ６．請求の範囲第５項に記載の方法において、該ゲツタリング温度が約９５０℃ であり、該犠牲保護層が重量にて約２パーセント以下のリンを含む十分な厚さを 持つガラス層であり、ゲツタリングプロセスの最中に該ポリシリコン層及び該保 護層の存在によつて該リンをドープされたガラス層（１９）が該開口部に向つて 流入することが機械的に防止されることを特徴とする方法。
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