JPS641935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえば、MOS半導体集積回路
装置の製造において、多層配線を容易にし、集積
度の向上を図るために有効な表面の平坦化を実現
する半導体装置の製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 MOS集積回路装置において、近年素子の微細
化が進み、パターン方法はミクロンないしサブミ
クロン領域に向つている。素子パターン寸法の縮
小に伴い、シヤロージヤンクシヨン化と、その実
現のために熱処理の低温化が必要となつている。
また、アルミニウムの配線密度の向上のためのパ
ターン寸法の縮小にはアルミニウムのエツチング
技術の向上とともに、アルミニウム膜の下地の平
坦化が重要である。この平坦化には２〜３ミクロ
ンのパターンでは、凹凸面に気相成長法により被
覆したリンガラス層を、高温熱処理してフローさ
せ、なだらか面とする方法が用いられている。こ
のリンガラス層のフローには、リンガラス層（リ
ン濃度７〜９重量％）を常圧雰囲気中では1000℃
以上に加熱する高温熱処理が必要である。しかし
微細化に伴うシヤロージヤンクシヨン化プロセス
にあつては、低温化が重要なため、高圧雰囲気中
での熱処理がリンガラス層の軟化点低下に有効で
あることを利用し、高圧の水蒸気雰囲気で熱処理
の温度あるいは時間を減じてフローする方法が提
案されている。この方法によるプロセスの概略を
第１図に示す。

第１図のａ〜ｇは従来方法の製造工程途中にお
ける素子断面図を示す。

ａはＰ型シリコン基板１の主面に二酸化珪素膜
２、チツ化珪素膜３を成長したものである。次に
ｂの如く、ソース・ドレーン拡散領域、ゲート領
域を形成するためのパターンを写真食刻法により
ホトレジスト膜４によつて形成し、ついで同ホト
レジスト膜４をマスクとして、基板１の露出面に
ボロンイオンを注入し、チヤンネルストツパーを
形成するためのドーピングを行なう（図示せず）。
次に高温水蒸気酸化雰囲気中での熱処理により選
択酸化をし、ｃに示す二酸化珪素膜５の領域を形
成する。つぎに、チツ化珪素膜３、二酸化珪素膜
２を除く。そして、さらに、ｄの如く、ゲート酸
化膜６、多結晶シリコン層７を形成した後、ソー
ス・ドレーンとなる拡散領域８の不純物拡散をす
る。しかるのち、これにｅの如く、リンガラス層
９を気相成長法により堆積する。リンガラス層９
は下地の凹凸に沿つて忠実に成長する。これを高
圧水蒸気中で熱処理すると、1000℃以下でリンガ
ラス層表面はフローし、ｆのように最表面部がな
めらかになつて平坦化する。次にｇに示すように
電極取り出し用の開孔部を設け、アルミニウムの
電極１２をパターン形成させ、さらに、図示しな
いが、最終的には、この上に保護膜を堆積する。

以上述べた従来の高圧雰囲気中でのリンガラス
層のフロー処理方法は、表面を平坦化させ、アル
ミニウムの配線密度の向上に著しい効果がある
が、微細パターンへの適用には次のような欠点が
ある。すなわち、高圧雰囲気とし、1000℃以下の
低温でリンガラス層をフローさせ、表面を滑らか
にすることは可能であるが、水蒸気雰囲気で処理
するため、水分子のリンガラス層９の中の拡散が
速く、リンガラス層９の下にあるソース・ドレー
ン拡散領域８、ゲート電極や配線に用いる多結晶
シリコン層７の酸化が進行する。例えばリンドー
プ多結晶シリコン膜にリンガラス層（リン濃度８
重量％）を１ミクロン堆積し、８Kg／cm²、900℃
高圧水蒸気雰囲気で20分間処理すると、リンドー
プされた多結晶シリコン層７表面は酸化され、二
酸化珪素膜が3000〜3500Å成長する。これによる
多結晶シリコン層７の膜厚減少は約1800Åであ
る。ソース・ドレーン拡散領域８についても同様
に酸化が進行する。酸化速度は拡散層の不純物濃
度に依存し、濃度が高くなるにつれて大きくな
る。この状態は第１図ｆ，ｇにも示しており、ｆ
では多結晶シリコン層７および拡散領域８の表面
がそれぞれ酸化されて二酸化珪素膜１０，１１が
形成される。

このような多結晶シリコン層７やソース・ドレ
ーン拡散領域８の酸化は、多結晶シリコン電極層
の配線抵抗や、不純物拡散層の抵抗の増加とな
り、微細素子により構成された半導体集積回路装
置の特性低下への影響が大きい。

発明の目的 本発明はかかる従来方式でのリンガラス層の高
圧酸化フローによる平坦化において、下地の多結
晶シリコン膜およびソース・ドレーン拡散領域、
シリコン基板などの活性領域の酸化による配線抵
抗や不純物拡散層の抵抗の増大を防ぐことを可能
にする半導体装置の製造方法を提案するものであ
る。

発明の構成 本発明は素子を形成した半導体基板の主面に直
接あるいは二酸化珪素膜を介して多結晶シリコン
膜と、リンガラス膜を順次堆積する工程と、高圧
の水蒸気中で熱処理して、前記多結晶シリコン膜
を全て二酸化珪素に変換すると同時に、リンガラ
ス膜をフローする工程とからなることを特徴とす
る半導体装置の製造方法であり、これにより、水
分子の拡散による酸化をリンガラス層直下の多結
晶シリコン膜に留め、活性領域の酸化を防止する
ことができる。

実施例の説明 第２図ａ〜ｈは本発明にかかる半導体装置の製
造方法の一実施例の工程途中における素子断面図
である。第２図ａ〜ｄまでは第１図ａ〜ｄと同一
であり、ｄにおいて、１はＰ型シリコン基板、５
は選択酸化により形成された二酸化珪素膜、６は
ゲート酸化膜、７はリンドープした多結晶シリコ
ン電極、８はヒ素イオン注入により形成された
N⁺拡散層を示す。次にｅの如く一面に多結晶シ
リコン膜１３を厚さ1000Å堆積する。次にｆの如
く、気相成長法によりリンガラス層（リン濃度
8.5重量％）９を１ミクロン堆積し、これを高圧
水蒸気雰囲気中で処理する。８Kg／cm²、900℃30
分間処理すると、ｇの如く、リンガラス層９の表
面はフローしなめらかになる。同時にリンガラス
層９を通つて侵入する水分子が多結晶シリコン膜
１３を全て酸化して二酸化珪素膜１４に変化させ
るのにほとんど消費される。したがつて、多結晶
シリコン膜１３下の多結晶シリコン電極７とソー
ス・ドレーン拡散領域８の表面はほとんど酸化さ
れない、この後、ｈのように電極取り出し用の開
口を行い、アルミニウムの電極１２を形成し、保
護膜（図示せず）を堆積する。

本発明の別の実施例として、多結晶シリコン膜
を堆積する前に、第３図に示すように、二酸化珪
素膜１５を堆積すると、高圧水蒸気中の熱処理に
おいて、多結晶シリコン膜１６の酸化に消費され
る分を上廻る水分子（H₂O）はこの二酸化珪素
膜１５でほとんど遮断されて下地の活性領域の酸
化が確実に防止できる。

このようにリンガラス層の下に多結晶シリコン
膜１６を堆積すると、高圧水蒸気酸化で侵入する
H₂Oが、この膜の酸化に消費され、下地の多結
晶シリコン層や、ソース・ドレーン拡散領域の酸
化がほとんど、あるいは完全に防止され、その結
果、これら領域のシート抵抗の増大を防ぐことが
できる。リンガラス層の下に堆積する多結晶シリ
コン膜の厚みはフロー条件、すなわち酸化圧力、
温度、時間、多結晶シリコン膜質によつて異な
り、最適条件の設定の必要はあるが、実用上500
Åから1500Åの範囲である。

発明の効果 以上説明してきたところから明らかなように、
本発明の半導体装置の製造方法によれば、高圧水
蒸気中でリンガラス層をフローし、表面を平坦化
する時に問題となつた下地の多結晶シリコン膜や
拡散領域等の活性領域を酸化することなく、すな
わち、配線抵抗や拡散抵抗を大きくすることな
く、表面の平坦化を可能にするものである。さら
に、アルミニウム配線と下部の多結晶シリコン電
極層との層間絶縁膜はリンガラス層と多結晶シリ
コン膜の酸化によつて形成された二酸化珪素との
二層構造となり、ピンホールの減少にも効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｇは従来方法に係る半導体装置の製
造工程途中における素子各断面図、第２図ａ〜
ｈ，第３図は本発明の実施例にかかる半導体装置
の製造工程途中における素子各断面図である。 １……シリコン基板、２……二酸化珪素膜、３
……チツ化珪素膜、４……レジスト膜、６……ゲ
ート酸化膜、７……多結晶シリコン膜、８……ソ
ース・ドレーン拡散領域、１３，１６……多結晶
シリコン膜、１５……二酸化珪素膜、９……リン
ガラス層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の拡散領域が形成された半導体基板の主
   面に均一な厚みの多結晶シリコン膜と、リンガラ
   ス膜を順次堆積する工程と、高圧の水蒸気中で熱
   処理して、前記多結晶シリコン膜を全て二酸化珪
   素に変換するとともに、前記リンガラス膜を高圧
   水蒸気雰囲気中の加熱処理でフローする工程とを
   有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 半導体基板の主面に二酸化珪素膜を被着して
   後、多結晶シリコン膜とリンガラス膜を順次堆積
   す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 半導体基板の主面に被着する多結晶シリコン
   膜の厚みが500Åから1500Åであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の半
   導体装置の製造方法。