JP2001110750A5

JP2001110750A5 -

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Publication number: JP2001110750A5
Application number: JP1999279609A
Authority: JP
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2006-11-16

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板の主面に設けられたシリコン半導体領域上にタングステンシリサイド膜を形成する方法であって、
ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いる化学的気相成長法によってシリコンおよびタングステンを主要構成元素とするヘキサゴナル結晶相を含む堆積膜を形成するステップと、
前記堆積膜が形成された前記基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】基板の主面に設けられたシリコン半導体領域上にタングステンシリサイド膜を形成する方法であって、
ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いる化学的気相成長法によって５５０℃を越えるステージ温度において、シリコンおよびタングステンを主要構成元素とする堆積膜を形成するステップと、
前記堆積膜が堆積された前記基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項３】前記ステージ温度は６００℃以上である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記ステージ温度は８００℃以下である、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】前記堆積膜はヘキサゴナル結晶相を含む、請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】前記堆積膜を形成するに先立って、前記基板の主面上に設けられたシリコン半導体領域をフッ化水素酸を含む溶液で処理するステップを更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】前記シリコン半導体領域は、ポリシリコン層、アモルファスシリコン層、およびゲルマニウムを含むシリコン層の少なくとも何れかを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】前記アニールは、ラピッドサーマルアニーリング装置で行われる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】前記シリコン半導体領域は、燐およびボロンの少なくともいずれかの原子を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法であって、
基板の主面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成するステップと、
前記ポリシリコン膜が形成された前記基板を処理チャンバ内に導入するステップと、
ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いる化学的気相成長法によって５５０℃を越えるステージ温度において、シリコンおよびタングステンを主要構成元素とする堆積膜を形成するステップと、
前記堆積膜が堆積された前記基板をアニールチャンバ内に導入するステップと、
導入された前記基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、
前記ポリシリコン膜および前記タングステンシリサイド膜からゲート電極を形成するステップと、
を備える金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法。
【請求項１１】前記ステージ温度は８００℃以下である、請求項１０に記載の金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法。
【請求項１２】前記ステージ温度は６００℃以上である、請求項１０または１１に記載の金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法。
【請求項１３】前記堆積膜はヘキサゴナル結晶相を含む、請求項１０〜１２のいずれかに記載の金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法。
【請求項１４】前記アニールはラピッドサーマルアニーリング装置で行われる、請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】前記シリコン半導体領域は燐およびボロンの少なくともいずれかの原子を含む、請求項１０〜１４のいずれかに記載の方法。

このような検討の下に、発明者は様々な試行錯誤を行った。その結果、以下の構成を有する発明をするに至った。

本発明に係わるタングステンシリサイド膜を形成する方法によれば、主面上にシリコン半導体領域を有する基板上にタングステンシリサイド膜を形成することができる。その方法は、(1)ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いる化学的気相成長法によってシリコンおよびタングステンを主要構成元素とするヘキサゴナル結晶相を含む堆積膜を形成するステップと、(2)堆積膜が形成された基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、を備える。

本発明に係わるタングステンシリサイド膜を形成する方法によれば、主面上にシリコン半導体領域を有する基板上にタングステンシリサイド膜を形成することができる。その方法は、(3)ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用い５５０℃を越えるステージ温度において化学的気相成長法によってシリコンおよびタングステンを主要構成元素とする堆積膜を形成するステップと、(4)堆積膜が形成された基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、を備える。

ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いて化学的気相成長法により堆積膜が形成される。この成膜は、５５０℃を越えるステージ温度において行なわれる。この結果、堆積膜は、アモルファス相ではなくＷＳｉx結晶相を主要に含む。また、このＷＳｉx相において、ｘは２近傍の値である。このｘ値によって、アンモニア雰囲気中の引き続くアニールにおいても下地のポリシリコン層からのＳｉの吸い込みが低減される。つまり、アニール前後において膜厚の変化が低減される。

本発明に係わる金属−絶縁膜−半導体型トランジスタを製造する方法は、(5)基板の主面上にゲート絶縁膜を形成するステップと、(6)ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成するステップと、(7)ポリシリコン膜が形成された基板を処理チャンバ内に導入するステップと、(8)ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いて化学的気相成長法によって５５０℃を越えるステージ温度において、シリコンおよびタングステンを主要構成元素とする堆積膜を形成するステップと、(9) 堆積膜が堆積された基板をアニールチャンバ内に導入するステップと、(10)導入された基板をアンモニア雰囲気中においてアニールし、タングステンシリサイド膜を形成するステップと、(11)ポリシリコン膜およびタングステンシリサイド膜からゲート電極を形成するステップと、を備える。

まず、ニュークリエーション膜をポリシリコン膜上に形成する。このために、処理チャンバ１２を所定の真空度、例えば１．２ｔｏｒｒに減圧する。原料ガスとして、ＳｉＨ ₂ Ｃｌ ₂(ＤＣＳ)ガスおよびＷＦ₆ガスを用いる。ＷＦ₆ガス供給源３０、ＳｉＨ ₂ Ｃｌ ₂(ＤＣＳ)ガス供給源３２、およびＡｒガス供給源３４から、それぞれのバルブ３６、３８、４９を調整して、Ａｒのキャリアガスと共に、ＤＣＳガス／ＷＦ₆ガスの流量比２５が維持されるように原料ガスとをガス混合室２８へ提供する。本実施の形態では、ＤＣＳ／ＷＦ₆＝１７５(sccm)／７(sccm)という流量を採用した。混合されたガスは、ガス分配プレート２２を経て、処理ガス(プロセスガス)として処理チャンバ１２内へ導入される。処理ガスは、成膜されるときまでに、シリコン原子が富む(silicon-rich)ようなＷＳｉｘ膜を堆積するために好適なガス組成に調整され、ウエハ１４のポリシリコン膜４の表面に到達する。このような条件の下で、ポリシリコン膜４上にニュークリエーション膜５が形成される。本実施の形態では、１３ｎｍのニュークリエーション膜５を成長した(図２(ｂ))。ニュークリエーション膜５は、引き続いて成長される膜の核形成層として役立つ。

次いで、タングステンおよびシリコンを主要な構成成分とする堆積膜を形成する。このために、Ａｒのキャリアガスと共に、ＤＣＳガス／ＷＦ₆ガスの流量比１８．４が維持されるように原料ガスがガス混合室２８へ提供される。混合されたガスは、ガス分配プレート２２を経て、処理チャンバ１２へ導入される。このような条件の下で、ニュークリエーション膜５上に堆積膜６を形成する。本実施の形態では、８７ｎｍの堆積膜６を成長した(図２(ｃ))。

このデータの他に、成膜時のタングステンシリサイド膜の組成比(図５参照)、アニール後のタングステンシリサイド膜の比抵抗(図６参照)、およびアニール前後のタングステンシリサイド膜の膜厚変動(図７参照)について、比較実験を行った。比較実験は、下記の条件を採用した。
条件流量比成膜温度アニール法アニール温度
Ｃ１ 30.0 550℃ アニール炉 850℃
Ｃ２ 30.0 550℃ ＲＴＡ 1000℃
Ｔ１ 18.4 550℃ ＲＴＮ 1000℃
Ｔ２ 18.4 600℃ ＲＴＮ 1000℃
ここで、流量比はＤＣＳガス／ＷＦ₆ガスの流量比を意味する。ＲＴＡはRapid Thermal Annealingの略記であり、ＲＴＮはRapid Thermal Nitizationの略記である。条件Ｃ１におけるアニール時間は、約３０分であり、条件Ｃ２、Ｔ１、Ｔ２におけるアニール時間は、３０秒である。Ｔ２が、本発明に対応する条件である。条件Ｃ１ではＮ₂雰囲気、８５０℃においてアニールを行い、条件Ｃ２ではＮ₂雰囲気、１０００℃においてアニールを行った。

【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるタングステンシリサイド膜を形成する方法によれば、ＷＦ₆およびＳｉＨ _２Ｃｌ _２を含む原料ガスを用いてＣＶＤ法によってシリコンおよびタングステンを主要構成元素とする膜を形成した。この膜は、ヘキサゴナル結晶相を主要に含むように成膜されることができ、またステージ温度５５０℃を越えるような温度で形成されることができる。次いで、この膜をアンモニア雰囲気中においてアニールするようにした。