JPS62213141A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特に多層配線
の必要とされる半導体装置の離間絶縁膜の機能を下げる
ことなく信頼性の優れた配線を可能とする半導体装置の
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の多層配線構造を有する半導体装置の代表例として
、シリコンゲート型ＭＯＳ半導体装置の構造および製造
方法を第２図を用いて説明する。

半導体基板１上に選択的にフィールド酸化膜２を形成し
た後、熱酸化法により、ゲート酸化膜３を形成する。次
に前記ゲート酸化膜３、フィールド酸化膜２の表面に、
公知の気相成長技術とフォトエッチング技術を用いて、
多結晶シリコン層よりなるゲート電極４および多結晶シ
リコン配線層５を形成する。次いで公知のイオン注入技
術により、拡散層領域６を形成し、さらに層間絶縁耐圧
を高めるために、熱酸化法により全面に熱酸化膜７を形
成する。

この場合、形成された多結晶シリコン層の断面形状は急
峻であるので、絶縁膜を介して多結晶シリコン層の段差
部で断線される。

そこで、従来技術ではこの金属配線の断線を防止するた
め、前記熱酸化膜７を形成後、気相成長法によりリンガ
ラス（以下、ＰＳＧと記す）膜８を形成し、さらに前記
ＰＳＧ膜上にシラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）系溶液を塗
布・焼成し、シリカ膜１２を形成し、前記ＰＳＧ膜ある
いは多結晶シリコン層のパターンによって生じた段差部
の形状を滑らかにすることにより、多結晶シリコン層を
交差して配線される金属配線１１の形成を可能にしてい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら前述の従来技術では、多結晶シリコン層段
差部を滑らかにし、配線金属の断線を防止することはで
きたが、拡散層領域、ゲート電極もしくは多結晶シリコ
ン層と配線層とを電気的に接続するために、前記ＰＳＧ
膜及びシリカ膜に異方向エッチングを用いてコンタクト
孔を選択的に形成するが、必然的にコンタクト孔段差形
状が急峻となり、コンタクト孔端部における配線層の被
覆性が極端に悪くなり、断線が生じやすい。

そこで、これを防止するために、例えば、エッチング時
のレジスト後退利用あるいは、等方性エッチングと異方
性エッチングの併用などの技術を用いて、第３図に示す
ように、コンタクト孔１０の上層部の内壁１０ａにテー
パ形状を設けていた。

なお、第３図において、１は半導体基板、２はフィール
ド酸化膜、３はゲート酸化膜、４はゲート電極、５は多
結晶シリコン配線層、６は拡散層領域、７は熱酸化膜、
８はＰＳＧ膜、１２はシリカ膜、１１は金属配線である
。

ところが、前述のエッチング技術を用いたテーパ加工で
は、コンタクト孔形状がレジスト膜形状に大きく依存す
るため、コンタクト孔形状を再現性よく制御することは
困難であり、配線層を安定的に形成する際の障害となっ
ていた。さらに、エッチングを２段階ないし３段階程度
に別けて行なわなければならなく、工程が非常に複雑で
、歩留りを低下させる要因になるという問題があった。

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、
その目的とするところは、歩留りが高く、多層配線にお
ける断線が非常に少ない信頼性に優れた半導体装置を実
現する新規な半導体装置の製造方法を提供するところに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半導体基板の一主面上に、気相成長法による
第１の絶縁膜を形成する工程と、前記膜１の絶縁膜条に
塗布法による第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１
及び第２の絶縁膜に選択的に開孔部を設ける工程と、熱
処理を行ない表面形状を滑らかにする工程とを含み、し
かる後に配線層を形成する工程を備えたことを特徴とす
る。この場合、前記塗布法による第２の絶縁膜が、ボロ
ン、リン、ヒ素、ゲルマニウム、亜鉛、スズもしくは鉛
から選ばれてなる不純物を含有したシリカ膜であること
が好ましい。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して本発明の実施例の半導体装置を
製造工程に従って説明する。

（１）半導体基板１上に、選択的にフィールド酸化膜２
を０．４〜０．８ｕｍ程度形成する。この場合、フィー
ルド部分の半導体基板表面濃度は、フィールド部分の電
界による反転層の形成を防ぐため、他の部分よりも１桁
程度高くしておく。

次に、熱酸化法によってゲート酸化膜３を１００〜４０
０Å程度形成後、気相成長技術とフォトエッチング技術
を用いて、Ｎ型の不純物が添加された０．３〜０．７ｕ
ｍ程度の多結晶シリコンから成るゲート電極４及び多結
晶シリコン配線層５を形成する。

さらに、イオン注入技術により不純物をドープし、ソー
ス、ドレイン領域の拡散層領域６を形成後、熱酸化法に
より、熱酸化膜７を形成する。

次いで、ＳｉＨ４，ＰＨ３ガスを用いて酸素雰囲気中で
気相成長法により、３〜８モル％程度形成する。

さらに塗布法により、前記ＰＳＧ膜８上にボロンとリン
とを含有したシリカ膜９を形成する。

形成には例えば、シリコン化合物と添加物のボロン化合
物、リン化合物とエタノールを主溶剤とした。

溶液を塗布し、１００〜２００℃の予備加熱後、５００
〜９００℃で３０分間程度の焼成を行ない、膜の緻密化
をする。この場合、この溶液の粘度及びスピン回転速度
により、シリカ膜９の表面形状は調整される。この場合
、スピン回転速度は２０００〜５０００ｒｔｕｎが好ま
しい。塗布法によりシリカ膜は、段差部に厚く、平坦部
に薄く形成されるので、第１図（ａ）に示すように段差
部を埋めるような形状に形成できる。

（２）前記ＰＳＧ膜８及びシリカ膜９にフォト技術とリ
アクティブイオンエッチング（ＲＩＴ）技術を用いて、
コンタクト孔１０を選択的に形成する。

この場合、コンダクト孔の内壁は垂直な形状となる（第
１図（ｂ）参照）。

（３）窒素雰囲気中で、ハロゲンランプにより、８００
〜１１００℃、５〜２０秒間の短時間熱処理を行なうこ
とにより、前記シリカ膜９に流動を起こさせ、前記コン
ダクト孔の上層部の内壁に３０〜６０度のテーパ形状を
設ける。（第１図（ｃ）参照）この場合、流動を起こす
ためには、シリカ膜中のボロン及びリンの濃度としては
、それぞれ４モル％程度以上が必要である。しかしなが
ら、それぞれの濃度が８モル％程度となると、シリカ膜
の吸湿性が高くなり、半導体素子の対湿性を低下させる
。そこで、ボロン及びリン濃度としては、それぞれ４〜
８モル％程度の濃度が好ましい。

（４）配線金属を全面に０．５〜１ｕｍ程度被着し、フ
ォトエッチング技術を用いて、金属配線１１を形成する
（第１図（ｄ）参照）。

以上により本発明による半導体装置が得られる。

上記実施例に示したように、本発明によれば、ＰＳＧ膜
あるいは多結晶シリコン層のパターンによって生じた段
差部をシリカ膜により滑らかにした後、コンタクト孔を
形成し、さらに、ボロン及びリンを含有したシリカ膜の
高温における流動を利用することにより、コンタクト孔
にテーパ形状が設けられているため、この上に形成され
る金属配線は断線しない。

さらに、本発明によれば、コンダクト孔の形成の際には
複雑なエッチング技術は不要であるため簡単な工程で安
定的に金属配線を形成することが可能となり、歩留りを
大幅に向上することができる。

ところで、前述の製造法を用いて作製した半導体装置を
樹脂封止し、高温高湿中において素子の性能を測定した
が、シリカ膜の吸収性に伴う金属配線の腐食による悪影
響と認められる現象は認められなかった。

なお、上記一実施例においては、第１の絶縁膜としてＰ
ＳＧ線の場合を例示したが、これに変えてボロンリンガ
ラス（ＢＰＳＧ）膜を用いてもよい。

さらに、シリカ膜としてボロンとリンとを含有したシリ
カ膜を用いたが、不純物としてボロン、リン、ヒ素、ゲ
ルマニウム、亜鉛、スズもしくは鉛のいずれかを複数含
有したシリカ膜に変えてもよい。

また、熱処理としてハロゲンランプによる高温短時間処
理を用いたが、窒素雰囲気中における炉による８００〜
９５０℃、３０分間程度の熱処荷に変えても本発明の効
果は充分に発揮されるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、第１の絶縁膜あるい
は多結晶シリコン層パターンによって生ずる表面段差を
第２のシリカ膜により平坦化した後、コンタクト孔を形
成し、シリカ膜の高温における流動を利用することによ
り、コンタクト孔にテーパ形状を設けているため、この
上に形成される金属配線の信頼性に優れた半筒体装置が
得られる。

さらに本発明によれば、工程が簡単であるため歩留りが
大幅に向上するという効果を有する。

なお、上記実施例では、多結晶シリコン層、ポリサイド
層、高融点金属層のいずれかから選ばれた１層、もしく
は２層以上の段差を有した半導体装置についても本発明
は有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｂ）は本発明の実施例の半導体装置の
製造方法を工程順に示した断面図。 第２図及び第３図は従来の半導体装置の断面図である。 １・・・・・・半導体基板 ２・・・・・・フィールド酸化膜 ３・・・・・・ゲート酸化膜 ４・・・・・・ゲート電極 ５・・・・・・多結晶シリコン配線層 ６・・・・・・拡散層領域 ７・・・・・・熱酸化膜 ８・・・・・・リンガラス膜 ９・・・・・・ボロン及びリンを含有したシリカ膜１０
・・・・・・コンタクト孔 １１・・・・・・金属配線■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面上に、気相成長法による第１
   の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に塗布
   法による第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１及び
   第２の絶縁膜に選択的に開孔部を設ける工程と、熱処理
   を行ない表面形状を滑らかにする工程とを含み、しかる
   後に配線層を形成する工程を備えたことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. （２）前記塗布法による第２の絶縁膜が、ボロン、リン
   、ヒ素、ゲルマニウム、亜鉛、スズもしくは鉛から選ば
   れてなる不純物を含有したシリカ膜であることを特徴と
   した特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置の製造方
   法。