JPS623593B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置の製造方法に、にかか
り、とくに絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
電極の形成方法に関する。

従来半導体集積回路においては所定の回路素子
が形成された半導体基体上に絶縁層が形成され、
その絶縁層上にアルミニウム等の金属層やシリコ
ン等の半導体層を蒸着、スパツタリング、気相成
長等により形成し、しかる後写真蝕刻法で配線路
となるべき部分の金属層や半導体層のみを残し、
他の部分を除去することにより配線を形成してい
た。半導体基体の所定の回路素子が形成された主
平面上に絶縁層を介して第一の金属層や半導体層
を形成し、写真蝕刻法によつて第一の配線路を形
成し、さらにその上を絶縁層で被覆してから第二
の金属層や半導体層を形成し、再び写真蝕刻法に
よつて第二の配線路を形成した多層配線構造とし
た半導体装置も提案されているが、この装置にお
いてはその表面に第一の配線路自体の厚さによる
段が存在し、この上に絶縁層を被覆する際に絶縁
層がこの段の所で薄くなつたり切れたりする。こ
のため第一の配線路と第二の配線路とが短絡する
ということもあつた。また第二の金属層や半導体
層を形成する際に第一の配線路自体の段の所で薄
くなつたり切れたりして、或いは写真蝕刻法で第
二の配線路を形成する際にこの段の所でエツチン
グが早く進み第二の配線路が断線したりするとい
う不都合も存在していた。上記種々の理由から、
従来の半導体装置では信頼性の高い多層配線構造
のものを歩留りよく作製することは殆んど不可能
であつた。

この発明の目的は、上記欠点を除去した有効な
半導体装置の製造方法を提供することにある。

この発明の特徴は、半導体基板の活性領域上の
薄い絶縁膜上から該活性領域に隣接して該半導体
基板の一主面に設けられた厚い絶縁層上にかけて
シリコン層を形成する工程と、前記シリコン層上
に非酸化性物質からなるマスク層を選択的に形成
する工程と、前記マスク層をマスクとして第１の
熱処理を行うことにより、前記シリコン層を選択
的に第１の熱酸化シリコン膜に変換し、かつ前記
薄い絶縁膜上の前記マスク層にマスクされていた
前記シリコン層の部分にゲート電極を形成し、前
記活性領域上から厚い絶縁層上にかけて前記マス
ク層にマスクされた前記シリコン層の部分に前記
半導体基板に接続せるソースおよびドレイン電極
を形成する工程と、前記マスク層を除去した後、
第２の熱処理を行うことにより、前記マスク層下
に位置していた前記シリコン層からなる前記ゲー
ト電極、ソース電極およびドレイン電極の上面に
第２の熱酸化シリコン膜を形成する工程とを有
し、これにより前記マスク層が位置していた前記
シリコン層の部分を絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極
とし、これら各電極の側面および上面に前記第１
および第２の熱酸化シリコン膜が被着した構造を
得る半導体装置の製造方法にある。

この発明の半導体装置の配線は配線路の間は熱
酸化絶縁層が埋込むことが出来るから半導体装置
全面に存在する凹凸は殆んど半導体基体自身の凹
凸のみでほぼ平担となり、従つてこの半導体の各
電極を第一の配線路とし、この上に絶縁層を被覆
してさらにこの上に第二の配線路を形成し、多層
配線構造とすることが容易にできる。この場合第
一の配線路上の絶縁層は略一様かつ均一に形成出
来るので第一の配線路及び第二の配線路間の短絡
は起らずかつ第二の配線路を形成するための写真
蝕刻法が容易に出来るので第二の配線路の厚さは
一様かつ均一となり、不都合なエツチング等によ
る断線も生じない。この第二の配線路は従来の配
線と同様に金属や半導体層を写真蝕刻法により形
成したものでもよく、或は本発明の第一の配線路
と同様の構造としてもよい。この後者の配線構造
によるならば、半導体装置表面の凹凸を特に増す
ことなく配線路を幾層にも重ねることが可能であ
る。このような構成の多層配線構造によれば信頼
性の高い半導体装置が容易にかつ歩留りよく実現
できることがわかる。

更にこの発明の半導体装置の配線では、半導体
基体内のある導電型を有する領域と配線路とのオ
ーミツクな接触を取る場合に、配線路に添加する
不純物の導電型と上記領域の導電型を同一型に択
ぶことにより配線路を通しての半導体基体内部へ
この不純物を添加させることが可能となるので、
上記領域と接触する配線路の部分が一部上記領域
から外れていても上記配線路を通じる不純物の拡
散により首尾よく上記領域と配線路とのオーミツ
クな接触を取ることができる。このことは素子配
置の余裕度を大きくし、又素子自体の面積を減少
させ得ることを意味している。従つてこの発明配
線によれば、より素子面積が小さくより集積密度
の高い半導体装置をより大きい余裕度をもつて実
現することが可能となる。

次に本発明を適用した絶縁ゲート型電界効果半
導体装置について、いくつかの実施例をその製法
を加味して図面を参照しながら詳しく説明しよ
う。

実施例 １； 第１図において同一符号は同一のものを表わ
し、Ｎ型単結晶シリコン基体１中にＰ型の拡散領
域であるソース領域２とドレイン領域３とが形成
される。これ等領域が形成されて基体１の主平面
上に熱酸化により二酸化シリコン層４が形成され
る。この二酸化シリコン層のうち活性領域上の薄
い膜がゲート絶縁膜であり、この活性領域に隣接
せる厚い膜がフイールド絶縁膜である。ソース領
域２とドレイン領域３とにオーミツクな接触を取
る為に標準の写真蝕刻法によるマスクとエツチン
グ技術を用いて二酸化シリコン層４中に第１図Ａ
に示すように開孔を穿つた後、この上に約１ミク
ロンのＰ型シリコン層５を蒸着、スパツタリン
グ、気相成長等により形成した。次にこの上に非
酸化性絶縁膜としてシリコン窒化膜６を気相成長
により形成した後、標準の写真蝕刻法により配線
路となるべきシリコン層５上のシリコン窒化膜６
を除いて他の部分を除去した。

更に熱酸化を行なうことにより、第１図Ｂに示
すようにシリコン窒化膜６で被われている部分を
除いて他の部分のシリコン層５を二酸化シリコン
層１０に変えて残つたシリコン層５よりなる配線
路（ソース電極７、ゲート電極８、ドレイン電極
９）を形成した。この二酸化シリコン層１０の厚
さは約2.4ミクロンであつたのでその1.4ミクロン
をエツチングで除いて二酸化シリコン層１０及び
配線路７，８，９を同一表面としてからシリコン
窒化膜６を除去した。次に熱酸化して、第１図Ｃ
に示すように半導体装置表面を二酸化シリコン１
１で被覆した。

この様にして作製した絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタでは配線路７，８，９が二酸化シリコ
ン層の中に埋つていて配線路の側面が露出してい
ないことと、配線路上を被覆する絶縁層に熱酸化
による二酸化シリコンを利用出来、この熱酸化シ
リコンは蒸着、スパツタリング、気相成長等によ
り形成した絶縁層に比べはるかに強固で緻密であ
ることから非常に優れた安定性と高い信頼性を有
する半導体装置が得られる。

この第１図Ｃの状態で配線路間のオーミツクな
接触を取る為に二酸化シリコン１１中に標準の写
真蝕刻法による開孔を穿つた後、全面にアルミニ
ウムを蒸着し、標準の写真蝕刻法によつて配線路
１２を形成し、この上を絶縁層１３で被覆して、
第２図Ａに示すように、多層配線構造とすること
ができる。

この様な半導体装置では配線路１２を形成する
ためにアルミニウムを全面蒸着する際、半導体装
置表面に存在する凹凸はほぼ絶縁層４による凹凸
のみでほとんど平担な表面を有する為、アルミニ
ウムの厚さはその一様性と均一性とが全面に渡つ
て保障され、さらに配線路１２を形成する為の写
真蝕刻法が容易に正確に出来るので安定で信頼性
の高い多層配線構造が容易に歩留りよく実現出来
た。あるいは第１図Ｃの状態で配線路間のオーミ
ツクな接触を取る為に二酸化シリコン１１中に標
準の写真蝕刻法による開孔を穿つた後、実施例１
においてシリコン層５と配線路７，８，９とを形
成する際に説明したと同様の方法を用いることに
より第２図Ｂに示すようにシリコンの配線路１５
を形成し、その上を熱酸化膜１６で被覆した多層
配線構造を形成することもできる。この様な多層
配線構造では多層配線としてもこれによつては半
導体装置表面の凹凸は殆んど増さないので、配線
路を幾層にも重ね合わせることが出来た。この様
にして作製した半導体装置は第２図Ａで説明した
半導体装置よりもさらに優れた安定性と高い信頼
性とを示した。

又、第３図に示すように単結晶シリコン基体１
中の拡散領域（ソース領域２、ドレイン領域３）
と配線路とのオーミツクな接触をとる為領域２，
３上の絶縁層４中に開孔を穿つた際に、この開孔
の位置が完全に領域２，３上内に入つていず多少
はみ出していても、配線路７，８，９の抵抗を下
げる為の拡散を行う時に、シリコン層５を通して
単結晶シリコン基体１中にも不純物が拡散して領
域１７，１８が出来、これ等領域１７，１８が領
域２，３とそれぞれ電気的に連続して首尾よくオ
ーミツクな接触が取れた。この為、本発明による
半導体装置の配線では拡散領域と配線路とのオー
ミツクな接触を取る為の位置決定の余裕度が大き
くなり、又拡散領域の面積が必要最小限に小さく
出来るので素子の集積密度は大巾に向上すること
がある。

上述の実施例は単に例示の為のものであつて、
本発明はこれ等に限定されるもので無く、例えば
単結晶シリコンの代りに、ゲルマニウム、ガリウ
ム砒素等の半導体材料を用いることが出来、絶縁
層４としては熱酸化による二酸化シリコンの代り
に熱酸化、蒸着、スパツタリング、気相成長等に
より形成した一酸化シリコン、二酸化シリコン、
シリコン窒化膜、アルミナ、リシガラス等を用い
ることも出来る。又半導体装置各部の寸法や導電
型の選定も自由である。更に本発明の配線電極構
造と従来の配線電極構造とを一つの半導体装置内
で部分的に組み合わせて用いることも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の絶縁ゲート型電界効
果型トランジスタの製造工程を示す断面模型図、
第２図は第１図の実施例を多層配線構造に応用し
た応用を示す断面模型図、第３図は第１図の実施
例の他の応用例を示す断面模型図である。 １：半導体基体、２：ソース領域、３：ドレイ
ン領域、４：絶縁層、５：半導体層、７，８，
９：配線、１０：熱酸化絶縁物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板の活性領域上の薄い絶縁膜上から
   該活性領域に隣接して該半導体基板の一主面に設
   けられた厚い絶縁層上にかけてシリコン層を形成
   する工程と、前記シリコン層上に非酸化性物質か
   らなるマスク層を選択的に形成する工程と、前記
   マスクとして第１の熱処理を行うことにより、前
   記シリコン層を選択的に第１の熱酸化シリコン膜
   に変換し、かつ前記薄い絶縁膜上の前記マスク層
   にマスクされていた前記シリコン層の部分にゲー
   ト電極を形成し、前記活性領域上から厚い絶縁層
   上にかけて前記マスク層にマスクされていた前記
   シリコン層の部分に前記半導体基板に接続せるソ
   ースおよびドレイン電極を形成する工程と、前記
   マスク層を除去した後、第２の熱処理を行うこと
   により、前記マスク層下に位置していた前記シリ
   コン層からなる前記ゲート電極、ソース電極およ
   びドレイン電極の上面に第２の熱酸化シリコン膜
   を形成する工程とを有し、これにより前記マスク
   層が位置していた前記シリコン層の部分を絶縁ゲ
   ート型電界効果トランジスタのゲート電極、ソー
   ス電極、ドレイン電極とし、これら各電極の側面
   および上面に前記第１および第２の熱酸化シリコ
   ン膜が被着した構造を得ることを特徴とする半導
   体装置の製造方法。