JPS6242385B2 - - Google Patents

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JPS6242385B2
JPS6242385B2 JP56011447A JP1144781A JPS6242385B2 JP S6242385 B2 JPS6242385 B2 JP S6242385B2 JP 56011447 A JP56011447 A JP 56011447A JP 1144781 A JP1144781 A JP 1144781A JP S6242385 B2 JPS6242385 B2 JP S6242385B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に半
導体基体を覆う絶縁膜の吸湿性の問題を解消しな
がら所謂ガラス・フロー技術を適用して電極の断
線を防止し得るようにする製造方法に関する。
半導体装置、特にMOS型集積回路などにおい
ては、半導体基体を覆う絶縁膜として燐シリケー
トガラス（PSG）膜が多用されており、このPSG
膜が多用される理由の１つはパツシベーシヨン効
果であるが、他に所謂ガラス・フロー技術を適用
するためでもあることは周知の通りである。ガラ
ス・フロー技術としては、半導体基板上に形成さ
れた高濃度に燐を含むPSG膜に電極コンタクト窓
を形成した後に、基板を高温に加熱してPSG膜を
軟化させ、電極コンタクト窓の肩部に丸味をつけ
ることによつて、電極配線のコンタクト窓上での
断線を防止する技術である。このガラスフロー技
術を適用した半導体装置例の要部断面を第１図に
示す。同図にて、１はシリコン基板、２はフイー
ルド酸化膜、３はガラス・フロー適用のための
PSG膜、４はアルミニウム（Al）から成る電極
配線層、５はカバー用PSG膜である。第１図に示
す如く、電極窓部６において、下層PSG膜３の肩
部は加熱軟化により丸味がつけられており、そこ
でのAl配線４の断線は効果的に防がれている。
PSG膜の軟化点はその燐濃度が高い程低温とな
り、例えば１×1021cm-3の高燐濃度PSGでは加熱
軟化は1000℃内外で行なわれる。そしてこの加熱
軟化処理は基板への素子形成を殆んど完了した時
点で行なわれるので、高温による素子の劣化を防
ぐためにできる限り低温で済ませることが望まれ
る。そのために高濃度に燐を含有するPSG膜を用
いるのが一般的であるが、燐濃度が高い程PSG膜
の吸湿性も大となる難点が生じる。PSG膜が吸湿
すると水分と燐との反応により酸を発生し、この
酸は次第にAl配線層を腐食するので装置の信頼
性や寿命に著しい悪影響を及ぼす。
第１図に示した如く、通常の半導体装置では吸
湿性が殆んどない低燐濃度PSG膜５を最終的なカ
バー膜として設けており、更にこれを容器中に封
止しているが、それでもなお上記高燐濃度のPSG
膜３の吸湿に起因する信頼性並びに寿命上の問題
は大きい。特に樹脂封止容器を用いたものでは外
部リードに沿つて外部から相当量の水分が侵入す
ることは避けられない。そしてAl配線層４が露
出しているボンデイング・パツド部分７などか
ら、長期間のうちには相当量の水分が下層PSG膜
３に達し、そこでAl配線層４の腐食が発生して
しまうのである。
この相反する問題を解決する１つの方策として
ガラス・フローを施すべき電極コンタクト窓部分
などの必要箇所のみにイオン注入によつて選択的
に燐を注入して局部的に燐濃度を高める方法が提
案されているが、この方法では燐の選択注入のた
めのマスキング工程を新たに追加する必要を生じ
る。かゝるマスキング工程の追加は製造コストの
上昇と歩留りの低下をもたらすので望ましくない
ことは勿論である。
従つて本発明は以上の欠点を除去し、比較的低
温のガラス・フロー処理によつて電極コンタクト
窓部の急峻な段差を十分になだらかにし、それに
より電極配線の断線は効果的に防止し、且つPSG
膜の吸湿による電極配線の腐食は防止できるよう
にし、更に工程的にも実質的に新たなマスク工程
を追加する必要のない製造方法を提供することを
目的とする。
本発明による半導体装置の製造方法は、 半導体基板上の絶縁膜に電極コンタクト窓を形
成し、該窓を覆う電極を形成する工程を含む半導
体装置の製造方法であつて、前記絶縁膜上に燐拡
散に対するマスク作用を有する膜を形成する工程
と、該マスク膜に電極コンタクト窓を画定する開
口を形成する工程と、該開口内の前記絶縁膜をエ
ツチング除去することにより電極コンタクト窓を
形成する工程と、前記マスク膜の開口を通して前
記絶縁膜中へ燐を選択的に拡散する工程と、以上
の工程の後に前記絶縁膜の燐が拡散された部分を
熱処理により軟化させる工程とを含むことを特徴
とするものであり、以下これを実施例に基いて詳
細に説明する。
第２図は本発明実施例のMOS型集積回路の製
造工程に沿つた基板の要部断面を示す図である。
この製造工程を説明すると、先ずＰ型シリコン
（Si）基板１１を用意し、これに周知の窒化シリ
コン（Si3N4）膜の如き耐酸化性マスクを利用した
選択酸化技術を適用し、素子領域以外の部分にフ
イールド酸化膜１２を埋設する。次に素子領域上
から耐酸化マスクを除去した後、熱酸化によりゲ
ート酸化膜１３を形成する。この段階での基板断
面構造は第２図ａに示す如きものである。しかる
後基板上に多結晶シリコン層を気相成長
（CVD）法により形成し、これを第２図ｂの如く
ゲート電極配線１４の形状にパターニングする。
ここで砒素（As）イオンの打込みを行なつて、
ｎ型のソース・ドレイン領域１５を形成する。以
上は通常のシリコン・ゲート型MOS集積回路の
周知の工程であり、チヤネル・カツト拡散工程な
どは省略して説明したが、本発明には特に関係し
ないので詳述していない。
第２図ｂに示す如き構造を得た後に、基板上に
CVD法によつて二酸化シリコン（SiO2）の主成分
とするガラス層１６を形成する。ガラス層１６は
ほぼ純粋なSiO2から成るものでもよいが、低濃
度に燐を混入したPSGから成るものとすることが
パツシベーシヨン効果などの点で望ましい。この
PSG膜１６は吸湿性を避けるために比較的低い燐
濃度とする。そのためには、PSGの気相成長に対
して成長炉中へ送入する反応ガスであるフオスフ
インとシランの流量比を10％前後、或いはそれ以
下とする。こうして形成されるPSG膜１６は1100
℃前後、或いはそれ以上の軟化点を有する。そし
てこのPSG膜１６は、多結晶Si層１４と後に形成
されるアルミニウム（Al）配線層との間の絶縁
を行なう層間絶縁膜として機能するものであり、
その厚みは5000Å程度でよい。PSG膜１６の形成
に引続いて、厚さ1000〜2000Åの窒化シリコン
（Si3N4）膜１７をCVD法により基板上に被着形成
する。
次に第２図ｄに示す如く、基板上にフオト・レ
ジストを塗布し、電極コンタクト窓用フオト・マ
スクを用いて露光工程を行ない、周知の現像処理
等を施して、電極コンタクト窓パターンを有する
レジスト層１８を形成する。続いて、基板に対し
て周知のプラズマ・エツチング処理を施し、レジ
スト層１８で覆われていない部分のSi3N4膜１
７，PSG膜１６及びゲート酸化膜用の薄いSiO2膜
１３を順次エツチング除去する。このエツチング
処理によつて電極コンタクト用の窓１９が形成さ
れる。
次にレジスト層１８を除去した後、POCl3を拡
散源とする周知の燐拡散処理を基板に施す。この
拡散処理時にSi3N4膜１７は燐拡散に対するマス
クとして作用するので、第２図ｅに示す如く、
PSG膜（又はSiO2膜）１６に対しては電極コンタ
クト用窓１９内の露出部分２０においてのみ燐が
拡散される。即ち本拡散工程は、ガラス・フロー
を施す必要のある電極コンタクト窓部分において
のみ、PSG（又はSiO2）膜１６の燐含有濃度を高
めるための工程である。PSG（又はSiO2）膜１６
はCVD法により形成されたものであるため、熱
酸化SiO2膜１２，１３と比べると燐の拡散は速
い。拡散条件は1000℃，120分間程度でよく、こ
れによりPSG（又はSiO2）膜１６の電極コンタク
ト窓に隣接する部分２０は、0.5μｍ程度にわた
つて１×1021cm-3程度の高濃度に燐を含有する
PSGに変換される。
本実施例工程においては、電極コンタクト用の
窓を完全にあけてから燐拡散工程を行なつている
が、この燐拡散はSi3N4膜１７のみに電極コンタ
クト窓を画定する開口を形成し、PSG（又は
SiO2）膜１６及びSiO2膜１３には窓を形成してい
ない段階で第１図ｄで述べたエツチング工程を中
断して、レジスト層１８を除去した後に実施して
もよい。この場合には、燐拡散処理で縦方向のみ
でなく横方向にも燐は拡散するため、その後に
Si3N4膜１７をマスクとしてPSG（又はSiO2）膜１
６及びSiO2膜１３をプラズマ・エツチングなど
により選択的にエツチングすれば電極コンタクト
窓用の開口を形成できる。従つて、いずれにして
も燐の選択拡散のための新たなマスク工程（フオ
ト・プロセス）は必要なく、電極コンタクト窓形
成のマスク工程を利用しているので、工程上格別
の煩雑さが加わるものではない。但し、高燐濃度
部分２０の形成に必要な燐拡散の熱処理は、本実
施例の如く電極コンタクト窓を完全にあけてから
燐拡散した方が、より低温，短時間で行なえるの
で、本実施例工程の方がより望ましいと言える。
第２図ｅに示す如く、上記燐拡散工程によつて
Si基板１１内のソース・ドレイン領域１５の一部
にも燐が拡散し、ここではソース・ドレイン領域
１５は局部的に深くなるが、これは以下に述べる
ように却つて好都合ですらある。ｎ型ソース・ド
レイン領域１５は拡散係数小のAsを導入するこ
とにより形成されており、高集積密度化のために
その深さは3000Å程度と極端に浅い。これはソー
ス・ドレイン領域１５の周縁において深さと同程
度の横方向拡がりが発生するので、隣接する領域
間の分離のための空間を極力小さくし、またゲー
ト長も小さくするためである。ところが電極コン
タクト窓１９はソース・ドレイン領域１９の周縁
から数μｍの余裕をもつて内側に配置されるのが
普通であるので、その下ではソース・ドレイン領
域１５が深くても集積密度を低下させることには
ならないのである。この部分ではソース・ドレイ
ン領域深さは8000Å程度になる。後の工程で電極
コンタクト窓内でソース・ドレイン領域１５に接
触するアルミニウム電極が形成されるが、接合面
が浅い場合にはアルミニウムと基板シリコンとの
合金化層が接合面に達して短絡を発生し勝ちであ
る。しかるに本実施例の如く電極コンタクト窓下
でソース・ドレイン領域１５が十分深ければかか
る電極合金化による接合短絡事故は発生しない。
更にこの燐拡散領域の存在はコンタクト抵抗を低
減する利点も派生する。
次の工程は、Si3N4膜１７をエツチング除去
し、その後基板を加熱してガラス・フローを行な
う工程である。ガラス・フローのための熱処理は
1000℃，20分間でよい。このガラス・フロー工程
後の基板断面は第２図ｆに示される通りであり、
高燐濃度PSG部分２０は加熱中に軟化流動して電
極コンタクト窓の肩部分に丸味がつけられる。
ここで第２図ｇの如く電極金属のアルミニウム
（Al）を基板上に蒸着し、このAl層をパターニン
グしてAl電極配線層２１を形成する。Al電極２
１は電極コンタクト窓を覆つている部分において
は、ガラス・フローが適用されなかつた場合に存
在する急峻な段差がないため、断線を生じない。
次に第２図ｈの如く基板上に低燐濃度のカバー用
PSG膜２２をCVD法により被着形成し、このカ
バー膜２２にボンデイング・パツド上の窓２３を
あけてウエハ・工程を完了する。以降は常法に従
つて組立工程等を実施して半導体装置を完成す
る。
かくして得られた半導体装置は、第２図ｈに見
られるように、ガラス・フローに必要な高燐濃度
のPSG部分２０が、水分の侵入経路であるボンデ
イング・パツド部分２３や素子端面などから離間
して局部的に設けられているのみであるから、吸
湿の問題を引起し難い。深つて高い信頼性と長寿
命が得られるものである。
以上の実施例から理解されるように、本発明に
よれば電極断線防止のためのガラス・フローを比
較的低温で行なえるようにし、それによりガラス
フロー工程のための高温熱処理による素子特性の
劣化を抑制でき、なお且つPSG膜の吸湿による電
極腐食等の問題も解消できる。そして本発明の製
造工程では従来と比べて新たなマスク工程（フオ
ト・プロセス）は追加する必要がなく、製造コス
トや歩留りの点で新たな問題を引起すこともな
い。更に前記実施例にて説明した如く、燐拡散工
程に付随して生ずる基体内への燐拡散は特にｎチ
ヤネル型MOS集積回路では電極の合金化による
接合短絡を防止するといつた付随的効果も奏する
のである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例の半導体装置の要部断面、第２
図は本発明実施例の製造工程における基板要部断
面を示す図である。 １６……層間絶縁用PSG（又はSiO2）膜、１７
……Si3N4膜、１８……レジスト層、１９……電
極コンタクト窓、２０……高燐濃度部分、２１…
…Al層、２２……カバー用PSG膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上の絶縁膜に電極コンタクト窓を
    形成し、該窓を覆う電極を形成する工程を含む半
    導体装置の製造方法であつて、前記絶縁膜上に燐
    拡散に対するマスク作用を有する膜を形成する工
    程と、該マスク膜に電極コンタクト窓を画定する
    開口を形成する工程と、該開口内の前記絶縁膜を
    エツチング除去することにより電極コンタクト窓
    を形成する工程と、前記マスク膜の開口を通して
    前記絶縁膜中へ燐を選択的に拡散する工程と、以
    上の工程の後に前記絶縁膜の燐が拡散された部分
    を熱処理により軟化させる工程とを含むことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 前記絶縁膜は二酸化シリコンを主成分とする
    ガラスから成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の半導体装置の製造方法。 ３ 前記マスク膜が窒化シリコンから成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
    の半導体装置の製造方法。
JP56011447A 1981-01-28 1981-01-28 Manufacture of semiconductor device Granted JPS57126147A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56011447A JPS57126147A (en) 1981-01-28 1981-01-28 Manufacture of semiconductor device
EP82300414A EP0060613B1 (en) 1981-01-28 1982-01-27 Method of making a contact hole for semiconductor devices
US06/343,154 US4404733A (en) 1981-01-28 1982-01-27 Method of producing semiconductor devices
DE8282300414T DE3263205D1 (en) 1981-01-28 1982-01-27 Method of making a contact hole for semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

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JP56011447A JPS57126147A (en) 1981-01-28 1981-01-28 Manufacture of semiconductor device

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JPS6242385B2 true JPS6242385B2 (ja) 1987-09-08

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