JP2002509646A - シリコンボディにケイ化物領域を形成する方法 - Google Patents
シリコンボディにケイ化物領域を形成する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明の方法は、シリコンボディ(1)またはその上に形成された集積電子素子への電気接触抵抗の低減を含んだ様々な目的に有用なケイ化物領域を、シリコンボディ(1)に作る。本発明の方法は、例えばイオン注入(26)を用いてシリコンボディ(1)にアモルファス領域(28)を作るステップと、チタン、コバルトまたはニッケルなどの金属(30)をアモルファス領域(28)に接するように形成または配置するステップと、例えばレーザ源からの強い光(31)を金属に照射して、金属原子をアモルファス領域(28)内に拡散させるステップと、を包含する。これにより、アモルファス領域(28)は、所望のケイ化物組成物を有する合金領域になる。照射後に冷却すると、合金領域は、部分的に結晶性になる。合金領域をより結晶性の高い形に変えるために、本発明の方法は、好ましくは、例えば高速熱アニールを用いて合金領域を処理するステップを包含する。ケイ化物領域への電気接触を確立するために、絶縁体層(32)および導電性リード(34)はその後パターニングされ得る。ケイ化物領域の低接触抵抗は、比較的高周波数の電気信号を接触領域を通して伝送する能力を提供する。好適な応用では、本発明の方法は、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ(MISFET)のゲート、ソースおよびドレインのための自己整合されたケイ化物接触領域を形成するために使用される。
Description
【発明の詳細な説明】
シリコンボディにケイ化物領域を形成する方法
発明の背景 発明の分野
本発明は、シリコンボディにケイ化物領域を形成する方法に関する。ケイ化物
は、様々な目的のために使用されており、最も重要には、シリコン基板上に形成
された集積素子への電気接続に関する接触抵抗の低減のために使用されている。
低減された接触抵抗は、装置に、比較的高速で動作する能力を提供する。
関連技術の説明
シリコン基板上に形成された集積素子接触のため、特に、金属酸化物半導体(
MOS)装置のためのケイ化物領域を形成するための多くの技術が開発されてき
た。上記技術のほとんどは、ケイ化物がその上に形成されることが望まれるゲー
ト、ドレインまたはソース領域の上に金属層を形成することを必要とする。そこ
で、上記技術は、長時間の熱処理を用いて、金属を、ゲート、ドレインおよび/
またはソース領域を構成するシリコンと反応させて、低抵抗率のケイ化物領域を
形成する。基板は、金属層を取り除き、基板の上に電気絶縁層を形成し、そして
、ゲート、ソースおよびドレイン領域の上のケイ化物領域に接する導電性金属線
を絶縁層上に形成することによりさらに処理され、集積MOS装置のための所望
の回路接続を形成する。
ケイ化物を形成する技術は、この技術が効果的であるために満たされなければ
ならない幾つかの厳しいプロセス制限を受ける。上記制限は、(1)ケイ化物を
形成するために使用される金属は、集積素子のソースと、ドレインと、ゲートと
の間にリーク経路の形成を防ぐために、シリコンに拡散する種になるように慎重
に選択されなければならないこと、(2)自己整合(self−aligned
)ケイ化物化技術の場合、金属層は、ゲートの自己整合側壁を構成する絶縁材料
と反応してはならないこと、(3)低接触抵抗が達成され得るように、添加物
は、分離してケイ化物領域内に入ってはならないこと、(4)技術は、ケイ化物
領域がcシリコンおよびポリシリコンの両方の上に形成されることを可能にする
プロセスウィンドウを有していなければならないこと、(5)ケイ化物形成は、
シリコン中に存在する添加物に鈍感であるべきであること、および(6)接合リ
ークの増加を防ぐために、金属原子は、ケイ化物領域を越えて拡散するべきでは
ないこと、を含む。上記の基準のすべてを同時に達成することは、ほとんどの従
来のケイ化物化技術の場合、特に、比較的広範囲な熱処理を使用する技術の場合
、どう見ても困難である。従来の技術をその比較的狭いプロセスマージン内で行
うことが失敗するのは、そのような技術により必要とされる比較的長い熱処理時
間の間に金属原子が所望の境界を越えて熱ドリフトを起こすことによる欠陥の発
生においてである場合が最も多い。ケイ化物領域がその設計寸法を超えて延びる
と、これは、ゲートと、ソースと、ドレインとの間にリーク経路を引き起こし得
る。従って、ケイ化物化プロセスマージンを、従来可能であったケイ化物化(s
ilicidation)プロセスマージンよりも大きくする技術が非常に必要
とされている。
長時間の熱処理を使用する従来の技術に加えて、幾つかの従来のケイ化物化技
術は、イオン注入を用いて、ケイ化物領域の形成を達成する。これらのイオン注
入ケイ化物化技術は、異なるイオン種類のイオンビーム混合を用いて所望の組成
物のケイ化物を生成するか、または、適切な化学量論を達成するために必要とさ
れる割合での所望の種の金属イオンの注入を用いるかのいずれかである。上記2
種類の技術のいずれにおいても、イオン注入は、ケイ化物を作製するために必要
とされる化学量論の割合のイオンが、シリコン基板に注入されなければならない
場合には特に、非常に広範囲であり、非常に時間がかかる。さらに、広範囲なイ
オン注入は、結果的には、「ノックオン」、即ち、移動しているイオンが以前に
注入されたイオンにぶつかり、それらのイオンを、所望の深さよりもさらに深く
シリコン基板内に押しやる現象、を引き起こす。ノックオンの発生は、接合リー
クの増加につながる。従って、そのような従来の技術の使用の結果得られるケイ
化物化は、集積回路装置の端子間のリーク経路を作ってしまうほど、シリコン基
板内の非常に深くまで起こり得る。従って、従来のケイ化物化技術の上記の不利
な点を克服し得る技術が、非常に必要とされている。発明の要旨
本発明は、上記の不利な点を克服する。本発明の方法は、シリコンボディにア
モルファス領域を作るステップと、金属層をアモルファス領域に接するように形
成または配置するステップと、金属層に光を照射して、金属をアモルファス領域
内に拡散させ、アモルファス領域から、ケイ化物組成物の合金領域を形成するス
テップと、を包含する。シリコンボディにアモルファス領域を作るステップは、
好ましくは、イオン注入により行われる。シリコンボディにアモルファス領域が
形成される深さは、注入に使用されるイオン種の原子量、注入エネルギー、およ
びシリコンボディに注入されるイオンの適用量の選択により決定され、且つ、高
精度に制御される。金属堆積の前にアモルファス化注入が行われるため、ノック
オンは問題ではない。アモルファス領域上に金属層を形成または配置するステッ
プは、好ましくは、金属をシリコンボディ上にスパッタリング、蒸着、または堆
積することにより行われる。金属は、チタン、コバルト、およびニッケルなどの
多数の金属のうちの1つであり得る。金属層を照射するステップは、好ましくは
、アモルファス領域を溶融状態にするのには十分であるが金属層およびシリコン
ボディはそれぞれ固体状態のままであるパワーを有するパルス化されたレーザ光
を用いて達成され、溶融されたアモルファス領域は、照射ステップ後の冷却によ
り、ケイ化物組成物を有する合金領域になる。シリコンボディおよび金属層がそ
れぞれ固体状態のままでアモルファス領域を溶融させるために、金属層に照射す
るために使用されるレーザ光のフルエンス(fluence)は、好ましくは、
0.1〜1.0ジュール/平方センチメートルの範囲である。本発明の方法はま
た、合金領域を処理して、合金領域を、結晶性の高い(highly)原子構造
を有するケイ化物領域に変えるステップを含み得る。好ましくは、本発明の第1
の方法の処理ステップは、高速熱アニールにより行われる。好適な応用では、本
発明の方法は、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ(MISFET)の
ゲート、ソースおよびドレインのための自己整合されたケイ化物接触を形成する
ために使用される。
本発明の方法は、従来のケイ化物化技術に対して幾つかの利点を提供する。例
えば、本発明の方法では、ケイ化物化は、イオン注入によりアモルファス状にさ
れる、シリコンボディの限られた部分においてのみ起こり、ケイ化物領域の寸法
は、リーク経路の形成と、シリコンボディおよび/またはその上に形成されるい
かなる集積回路の電子特性にも悪影響を及ぼす他の問題点とを回避するために、
比較的厳密に制御され得る。さらに、金属をアモルファス領域内に拡散させるた
めの金属層の照射に光を用いることは、シリコンボディの加熱を低減するのを助
け、シリコンボディ上に形成された集積回路は、そのような素子に他の損傷を与
え得る長時間の加熱を受けない。さらに、本発明の方法は、従来のケイ化物化技
術と比べてはるかに速いレートでケイ化物化を行うために使用され得る。従って
、本発明の方法を用いたシリコンボディのケイ化物化のスループットは、従来の
ケイ化物化技術で可能であるスループットよりもはるかに大きい。
上記の特徴および利点、ならびに、これから明らかになるその他の特徴および
利点は、本発明の一部分を構成する添付の図面を参照して以下により完全に説明
され且つ請求される本発明の構成および動作の詳細にあり、後に明らかとなる。
図中、同一の番号は、同一の部分を指す。
図面の簡単な説明
図1A〜図1Eは、シリコンボディの断面図であって、本発明の一般化された
方法による、シリコンボディのケイ化物化を行うステップを示す断面図である。
図2A〜図2Iは、シリコンボディの断面図であって、集積MISFET装置
のゲート、ドレインおよびソースのための接触の自己整合ケイ化物化に適用され
る場合の本発明の方法のステップを示す断面図である。
好適な実施形態の説明
図1Aにおいて、シリコンボディ1には、本発明の方法による、シリコン領域
を形成する処理が施される。シリコンボディは、例えば、MISFET装置のゲ
ートを形成するために使用される、シリコン基板、シリコン−オン−インシュレ
ータ(silicon-on-insulator)基板、シリコンエピタキシャル層、または、cシ
リコンもしくはポリシリコンであり得る。ボディ1の表面上には、レジスト層2
が形成され、そして、パターニングされて、ケイ化物領域を形成することが望ま
しいシリコンボディの領域を露出するウィンドウを形成する。この技術の当業者
に公知のように、レジスト層は、様々な周知の技術を用いてパターニングされる
様々な適切な物質のうちのいずれであってもよい。
本発明の方法によれば、シリコンボディの露出部分は、好ましくは図1Aの参
照番号「3」で示されるイオンの注入により、アモルファス状にされる。注入さ
れたイオンは、基板中のシリコン原子間の化学結合を破壊するため、原子構造は
、イオンの衝撃(bombardment)を受けていないシリコンボディの部分と比べて
、比較的乱れたランダムな状態にされる。好ましくは、イオン種、注入エネルギ
ー、および適用量は、アモルファス化領域4を、所定の深さまで延びるように作
るように選択される。概して、比較的軽い原子量のイオン種の選択、イオン注入
エネルギーの増加、または、イオン適用量の増加はそれぞれ、アモルファス領域
が延びる深さを増加する効果を有する。逆に、比較的重い原子量のイオン種の選
択、イオン注入エネルギーの低減、またはイオン適用量の低減はそれぞれ、アモ
ルファス領域が延びる深さを低減する効果を有する。多数のイオン種が、アモル
ファス領域を作るために使用され得る。例えば、イオン種は、シリコン、アルゴ
ン、ヒ素、またはゲルマニウムを含み得る。イオン注入エネルギーは、1平方セ
ンチメートル当たりイオン1013〜1015個の範囲の適用量で、10〜100キ
ロ電子ボルト(keV)の範囲であり得る。好適な実施形態では、アモルファス
化領域がシリコンボディ内に延びる深さは、300Åに予め決定される。アモル
ファス化領域を300Åの深さまで作るために、発明者は、1平方センチメート
ル当たり原子約3×1014個の適用量で約20keVのエネルギーで注入された
ゲルマニウムイオンが、上記深さまでのシリコンボディのアモルファス化を達成
すると判断した。イオン注入は、カリフォルニア州サンホゼ(San Jose)のAppl
ied Materials,Inc.から市販で入手可能な9500 XR Ion Implanterなどの装置を
用いて行われ得る。好ましくは、イオン注入は、Ultratech Stepper,Inc.から
市販で入手可能な投影ガス浸漬レーザアニール(Projection-Gas Immersion Las
er Annealing)(P-GILA)機において行われる。イオン注入後、レジスト層2は
、
例えば、化学溶媒、機械磨耗、および/または、この技術の当業者に周知のその
他の技術により取り除かれる。
イオン注入が行われる真空チャンバからシリコンボディが取り出されると、こ
のボディは、雰囲気に曝露され得、従って、雰囲気の酸素含有量のため、ある程
度の酸化を受け得る。この酸化は、シリコンボディの表面の上に、いわゆる「自
然」酸化物層を形成する。そのような自然酸化物層が、本発明の方法によるその
後の処理に悪影響を及ぼさないように、自然酸化物層は、酸性溶液で除去(stri
pped)され得る。例えば、HF:H2Oの比が1:100の溶液は、酸化物を、
20Å/分のレートで除去する。酸性溶液を用いてシリコンボディを30秒処理
することが、自然酸化物層を取り除くのに十分である。代替例では、本発明の方
法は、チャンバ内で実行され得、そのため、アモルファス領域は、その上に金属
層を形成する前に酸化環境に曝露されず、これにより、取り除くことを必要とす
る酸化物層の形成を防ぐ。
図1Bでは、少なくともアモルファス領域4の表面の上に、金属層5が形成さ
れる。金属層は、シリコンボディとの電気接触のための所望のケイ化物化合物を
形成するために必要とされる金属原子を供給する。本発明の方法では、多数の金
属種が、ケイ化物化合物を形成するために使用され得る。例えば、金属層は、1
5〜20μΩcm、17〜20μΩcmおよび12〜15μΩcmの抵抗を有す
るケイ化物TiSi2、CoSi2、またはNiSiをそれぞれ形成するために使
用されるチタン、コバルトまたはニッケルを含み得る。金属層は、好ましくはス
パッタリングにより形成されるが、蒸着または化学的気相成長もまた使用され得
る。例えば、金属層を形成するために、適切なスパッタリングチャンバは、カリ
フォルニア州サンホゼのApplied Materials,Inc.から市販で入手可能なEndura
VHPPVDである。好ましくは、金属層は、所望のケイ化物厚さまたは深さと、ケイ
化物を形成するために消費されるシリコンおよび金属の量の割合とに基づいて決
定された厚さで形成される。具体的には、金属層の厚さは、少なくとも、所望の
ケイ化物深さを、ケイ化物を形成するために消費されるシリコンの金属に対する
比で割った値であるべきである。従って、厚さ300ÅのTiSi2ケイ化物領
域を形成するため、この特定のケイ化物の原子構造および結合のため、チタン
の厚さ1Å当たり2.27Åの厚さのシリコンが消費され(即ち、消費比2.2
7)、金属の化学量論的な量が所望のケイ化物を形成するために利用可能である
30Åであるべきである。
図1Cでは、金属層には、参照番号「6」で示される光が照射される。好まし
くは、この光は、アモルファス領域を溶融状態にするのには十分であるがシリコ
ンボディまたは金属層5を溶融させるのには不十分なパワーを有するレーザによ
り発生される。アモルファス領域の化学結合は破壊されているため、アモルファ
ス領域は、原子がより規則正しく並んでいるシリコンボディの他の部分よりも低
い温度で溶融状態になる。一般に、シリコンにおける金属の完全な混合を確実に
するためには、レーザ光は、幾つかのパルスにわたって付与されなければならな
いと判断されている。各レーザパルスは、10ナノ秒と100ナノ秒との間のパ
ルス幅を有する。レーザパルスの繰り返しレートは、1ヘルツと1000ヘルツ
との間であり得る。レーザパルス間に、基板は、室温まで低下することが可能に
される。アモルファス領域が溶融状態にされ、且つ、シリコンボディおよび金属
層がそれぞれ固相に維持される本発明のプロセスマージン内で、照射ステップが
行われることを確実にするためには、レーザ光は、約300ヘルツの繰り返しレ
ートで、10〜100ナノ秒のパルス幅の3〜10ショットの連続で送達される
0.1〜1.0ジュール/平方センチメートルの範囲のフルエンスを有するべき
である。本発明の方法のプロセスマージン内で操作するために必要とされる厳密
なレーザフルエンス、ショット数、ショット持続時間、および繰り返しレートは
、異なる種類のレーザ装置と、所望のケイ化物厚との間で変わる。フロリダ州フ
ォートローダデール(Fort Lauderdale)のLambda Physik,Inc.から市販で入手
可能なモデルNo.4308のレーザの場合、好適なフルエンスは、300ヘルツの繰
り返しレートで30ナノ秒のパルス幅の10ショットで送達される0.40ジュ
ール/平方センチメートルである。金属層5の照射は、好ましくは、窒素、アル
ゴンまたはヘリウムの不活性雰囲気を有するチャンバにおいて行われる。適切な
チャンバは、Ultratech Stepper,Inc.から市販で入手可能なP-GILA機である。
発明者は、上記のガイドラインおよび原則に従うレーザ光の適切な送達により、
ア
モルファス領域が溶融され且つシリコンボディおよび金属層がそれぞれ固体状態
のままである温度ウィンドウが、1150℃〜1410℃という比較的大きい範
囲、および、約300℃の温度差範囲にわたって起こるとを判断した。従って、
本発明の方法は、本発明の実行の成功のために利用可能なプロセスマージンを、
従来のケイ化物化技術に関して大幅に増加させる。
光照射後の冷却の際、以前のアモルファス領域4は、シリコンボディに形成さ
れるケイ化物のための所望の組成物を有する合金領域になる。この合金領域は、
ケイ化物の原子が完全にではないが比較的規則正しく並んでいる部分結晶化状態
を有する。TiSi2ケイ化物の場合、この部分結晶化相は、そのケイ化物の「
C49相」と呼ばれる。図1Dにおいて、金属層は、シリコンボディから除去さ
れる。金属層の除去は、120℃に加熱された、硫酸(H2SO4)および過酸化
水素(H2O2)の4:1の溶液を用いて行われ得る。典型的には、シリコンボデ
ィの約10分間の浸漬が、金属層を取り除くために必要とされることのすべてで
あるが、金属層を除去するために必要な時間は、金属の種類およびその厚さに依
存して変わり得る。浸漬は、モンタナ州カリスペル(Kalispell)のSEMITOOLTM
製造のEquinoxTMのようなスプレーエッチ具において行われ得る。
次いで、シリコンボディには、合金領域4を、所望の低抵抗特性を有する結晶
ケイ化物領域に変えるための処理が施される。結晶ケイ化物領域は、図1Dにお
いて「x」のハッチングにより示される。好ましくは、合金領域を結晶性の高い
ケイ化物領域に変えるために、高速熱アニールが用いられる。高速熱処理は、シ
リコンボディを、1時間から10秒までの範囲の持続時間の間、700℃〜90
0℃の温度に晒すことにより行われ得る。具体的な温度および持続時間は、温度
が比較的高ければ処理持続時間は比較的短く、また、その逆になるように、上記
範囲内で選択される。好ましくは、TiSi2ケイ化物の場合、合金領域を所望
のケイ化物に変えるために、シリコンボディには、20秒間850℃の温度の高
速熱アニールが施される。高速熱アニール中にシリコンボディが置かれる雰囲気
は、不活性であるべきである。従って、例えば、高速熱アニールは、窒素雰囲気
を含むチャンバにおいて行われるべきである。高速熱アニールは、カリフォルニ
ア州サンホゼのApplied Materials,Inc.から市販で入手可能なCenturaと呼ばれ
る高速熱処理具において行われ得る。
一旦ケイ化物領域4が形成されると、図1Eに示されるように、ケイ化物への
電気接続を確立するために、接触が作製され得る。具体的には、例えばSiO2
からなる絶縁体層7が、シリコンボディ1上に形成され、そして、例えばレジス
ト層の使用により達成される選択的エッチングまたは選択的形成によりパターニ
ングされ、絶縁体層中のウィンドウを通してケイ化物領域4を露出する。次いで
、絶縁体層の上に導電性接触8が形成され、パターニングされて、絶縁体層中の
ウィンドウを通してケイ化物領域との電気接触を形成する。導電性接触は、例え
ばエッチングにより後で取り除かれるレジスト層を用いた導電性接触の選択的形
成により、スパッタリング、蒸着、または化学的気相成長により絶縁体層の上に
形成され得る。あるいは、導電性接触は、金属層上に形成されるレジスト層によ
り露出される領域を介すように選択的にエッチングされる金属層の形成により、
絶縁体層の上に形成され得、それは後に取り除かれる。このように、導電性接触
は、シリコンボディへの低抵抗の電気接続を確立するために形成される。
図1A〜図1Eを参照して上で説明された本発明の方法は、任意のシリコンボ
ディ上への、様々な可能な組成物のうちの1つを有するケイ化物領域の形成に関
して、比較的一般化される。本発明の方法は、以下の図2A〜図2Iで説明され
る、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ(MISFET)(この用語は
、その意味の範囲内に「MOSFET」を含む)上に自己整合されたケイ化物領
域を作るために適用され得る。
図2A〜図2Iは、シリコンボディ1上に形成される集積MISFET装置の
ゲート、ドレインおよびソースのための接触領域の自己整合ケイ化物化に適用さ
れた場合の本発明の方法の断面図である。図2Aにおいて、MISFET装置が
形成されるシリコンボディの領域を電気的に絶縁するために、フィールド絶縁体
層20が形成される。この技術の当業者に周知のように、シリコンボディ1の表
面上には、ゲート絶縁体層21が形成される。ゲート絶縁体層21は、例えば酸
化物層であり得、この場合、結果として得られる装置はMOSFETである。次
いで、例えば低圧化学的気相成長により、ゲート絶縁体層21上にポリシリコン
またはアモルファスシリコン層22が堆積される。図2Aに示されるように、シ
リコン層およびゲート酸化物層は、レジスト層を用いてシリコン層およびゲート
絶縁体層を選択的に形成またはエッチングすることによりパターニングされ、シ
リコンゲートボディ22およびゲート絶縁体層21を形成する。次いで、ドレイ
ンおよびソース領域23および24には、適切なn型またはp型添加物がドープ
される。シリコンボディ1、および従って、MISFETチャネルがp型であれ
ば、ドレインおよびソース領域には、n型添加物がドープされる。一方、シリコ
ンボディ1がn型であれば、ドレインおよびソース領域にはp型添加物がドープ
される。
図2Bでは、シリコンボディ1およびシリコンゲートボディ22の上に、絶縁
体層25が形成される。次いで、図2Cに示されるように、絶縁体層25がエッ
チングされ、シリコンゲートボディの側部に絶縁体側壁を形成する。側壁25は
、これから形成されるケイ化物領域の位置の自己整合を達成するのを助ける。
図2Dにおいて、イオン26が注入され、ドレイン、ソースおよびゲート領域
の上にそれぞれアモルファス領域27、28および29を形成する。イオン注入
のためのイオン種、注入エネルギーおよび適用量は、好ましくは、図1Aに関し
て以前に説明された通りである。アモルファス領域が雰囲気に曝露されると、少
なくともアモルファス領域27、28および29の表面が、酸性溶液で除去され
、雰囲気に曝露されるとアモルファス領域27、28および29上に形成され得
る、図1Bに関して以前に説明されたようないかなる自然酸化物膜をも取り除く
。
図2Eにおいて、少なくともアモルファス領域27、28および29に隣接し
て、金属層30が形成または配置される。好ましくは、金属層30は、図1Bに
関して以前に説明されたように、スパッタリング、蒸着または化学的気相成長に
よりアモルファス領域上に形成されるチタン、コバルトまたはニッケルなどの種
である。
図2Fにおいて、金属層30には、図1Cに関して以前に説明されたようなフ
ルエンス、ショット数、ショット持続時間および繰り返しレートの光31が照射
される。光31は、アモルファス領域27、28および29については、これら
の領域を溶融状態にするのに十分に加熱するが、シリコンボディ1、ゲートシリ
コンボディ22、ゲート絶縁体層21、およびフィールド絶縁体領域20の側壁
25についてはそれぞれの溶融温度まで加熱しない。従って、シリコンボディ、
ゲートシリコンボディ、ゲート絶縁体層、側壁、およびフィールド絶縁体領域は
、それぞれの固体状態のままである。光31の加熱作用のため、金属原子は、金
属層30から、溶融したアモルファス領域27、28および29内に拡散し、ア
モルファス領域27、28および29は、ケイ化物組成物のそれぞれの合金領域
を形成する。光31の照射後、合金領域の温度は低下し、少なくとも部分的に結
晶性の化学的形態になる。
図2Gにおいて、金属層30は、好ましくは図1Dに関して説明されたような
酸性溶液を用いて、フィールド絶縁体20、側壁25、ならびに合金領域27、
28および29の表面から除去される。図2Hでは、合金領域27、28および
29には、合金領域をさらに結晶化して、非常に規則正しく並んだ原子構造を有
する化学的形態にするための処理が施され、上記領域は、所望の低抵抗特性を有
するケイ化物領域になる。図2Hにおいて、結晶ケイ化物領域27、28および
29は、「x」のハッチングで示される。好ましくは、それぞれのケイ化物領域
を形成するための合金領域の処理は、好ましくは、図1Dに関して以前に説明さ
れたように、高速熱アニールを用いて行われる。
図2Iにおいて、フィールド絶縁休領域20、ケイ化物領域27、28および
29、ならびに、側壁25の上に、絶縁体層32が形成される。絶縁体層32は
、ケイ化物領域27、28および29を露出するように、選択的にパターニング
される。アルミニウムまたはその他の導電性金属からなる導電性リード33、3
4および35が形成され、そして、MISFET装置のドレイン、ソースおよび
ゲートのケイ化物領域27、28および29にそれぞれ物理的に接するようにパ
ターニングされる。導電性リード33、34および35の上には、例えばシリコ
ン酸化物からなる絶縁体層36が形成され、導電性リードおよびMISFET装
置を電気的に絶縁し且つ保護する。リード33、34および35は、ケイ化物領
域27、28および29に接する端部と反対側の端部で、他の電子構成要素、お
よび/または、電源もしくは信号源に結合される。
好ましくは、本発明の方法では、ケイ化物化が起こる深さは、イオン注入によ
りアモルファス状態にされる領域(単数または複数)の深さにより決定される。
本発明の方法によれば、アモルファス領域の深さが、イオン種、注入エネルギー
、および適用量の選択により厳密に制御され得るため、ケイ化物領域の境界は、
リーク経路の形成と、シリコンボディおよび/またはその上に形成されるいかな
る集積素子の電子特性にも他の方法で悪影響を及ぼすその他の問題点とをさける
ように効果的に制御され得る。さらに、本発明の方法では、アモルファス領域内
に金属を拡散させるための金属層の照射に光を用いることは、シリコンボディの
加熱を低減するのを助け、シリコンボディの上に形成される集積素子は、上記素
子に他の方法で損傷を与え得る長時間の加熱、即ち、従来のケイ化物化技術の有
効性を大幅に低減する問題点、を被らない。本発明の方法では、アモルファス領
域のレーザ加熱は、アモルファス領域は溶融状態になるが、シリコンボディおよ
び金属層はそれぞれ固相のままである、300℃の温度範囲にわたるプロセスマ
ージン内で効果的に達成され得る。従って、レーザ加熱は、レーザ照射の結果と
して生じるシリコンボディまたは合金領域に悪影響を及ぼすことなく、上記温度
範囲の中間の最適加熱値から大幅にはずれ得る。本発明の方法のこの特徴は、シ
リコンボディまたはシリコンボディに形成される集積素子においてリーク経路ま
たは他の欠陥を生じる危険性をあまり増加せずに、ケイ化物接触の形成を可能に
する。さらに、本発明の方法は、従来のケイ化物化技術、特に、ケイ化物領域を
形成するために化学量論的な量の金属イオンの注入を必要とする技術と比べて、
はるかに速いレートでケイ化物化を行うために使用され得る。実際に、本発明の
方法は、1平方センチメートル当たりほんの1013〜1015個のイオンの注入し
か必要としないが、従来のケイ化物化技術は、1平方センチメートル当たり原子
1016〜1017個のオーダの注入を必要とするため、本発明の方法と比べて、実
行するのに10〜10000倍長い時間がかかる。従って、本発明の方法を用い
たシリコンボディのケイ化物化のスループットは、従来のケイ化物化技術で可能
なスループットよりもはるかに大きい。さらに、従来のケイ化物化技術で必要と
される化学量論的な量の金属イオンを注入するために必要な規模のイオン注入で
は、「ノックオン」の発生、および従って、リーク経路の形成が、望ましくない
程度に増加される。逆に、本発明の方法により必要とされる比較的少ないイオン
注入適用量は、シリコンボディまたはその集積素子に悪影響を及ぼし得る規模
のノックオンの可能性を最小にする。
本発明の多くの特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであり、従って、
添付の請求の範囲により、本発明の真の精神および範囲に従う、説明された方法
のそのような特徴および利点のすべてをカバーすることが意図される。さらに、
多数の改変および変更が当業者に容易に思いつくため、本発明を、示され且つ説
明された厳密な構成および動作に限定することは望ましくない。従って、すべて
の適切な改変およびその等価物は、本発明の精神および範囲内にあるものとされ
得る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クラマー,カール−ジョセフ
アメリカ合衆国 カリフォルニア 94025,
メンロ パーク,コールマン アベニュー
810,アパートメント 17
(72)発明者 ウェイナー,カート
アメリカ合衆国 カリフォルニア 95125,
サン ホセ,ネバダ アベニュー 822
【要約の続き】
周波数の電気信号を接触領域を通して伝送する能力を提
供する。好適な応用では、本発明の方法は、金属−絶縁
体−半導体電界効果トランジスタ(MISFET)のゲ
ート、ソースおよびドレインのための自己整合されたケ
イ化物接触領域を形成するために使用される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.a)シリコンボディに、所定の深さを有するアモルファス領域を作るステッ プと、 b)該アモルファス領域に接するように金属層を形成するステップと、 c)該金属層にレーザ光を照射して、金属を該アモルファス領域内に拡散させ 、該アモルファス領域から、ケイ化物組成物の合金領域を形成するステップであ り、該レーザ光は、該アモルファス領域は溶融させるが該金属層および該シリコ ンボディは固体状態のままであるフルエンスを有するステップと、 d)該合金領域を処理して、該合金領域から、30μΩcm未満の抵抗を有す るケイ化物領域を形成するステップと、 を包含する、方法。 2.前記ステップ(d)が、少なくとも前記合金領域に高速熱アニールを施すサ ブステップを包含する、請求項1に記載の方法。 3.前記ケイ化物領域が、トランジスタのゲート、ドレインおよびソース領域の うちの少なくとも1つの上に形成され、 e)少なくとも1つの絶縁体層および少なくとも1つの導電層をパターニング して、該ケイ化物領域に接する導電経路を形成するステップをさらに包含する、 請求項1に記載の方法。 4.前記ステップ(a)が、前記シリコンボディにイオンを注入して、前記アモ ルファス領域を形成するサブステップを包含する、請求項1に記載の方法。 5.前記イオンが、シリコン、アルゴン、ヒ素およびゲルマニウムのうちの少な くとも1つを含む、請求項4に記載の方法。 6.前記イオンが、10〜100キロ電子ボルト(keV)の範囲のエネルギー で注入される、請求項5に記載の方法。 7.前記注入サブステップが、1平方センチメートル当たり原子1013〜1015 個の範囲の適用量で行われる、請求項5に記載の方法。 8.e)イオン種、イオンエネルギーおよびイオン適用量のうちの少なくとも1 つを選択して、前記アモルファス領域を前記所定の深さまで形成するステップを さらに包含し、 前記注入サブステップが、該ステップ(e)に基づいて行われる、請求項4に 記載の方法。 9.e)前記ステップ(a)を行った後、前記ステップ(b)を行う前に、前記 シリコンボディから酸化物層を除去するステップをさらに包含する、請求項1に 記載の方法。 10.前記ステップ(d)が、前記シリコンボディを酸性浴に浸すサブステップ を包含する、請求項9に記載の方法。 11.前記ステップ(b)が、前記アモルファス領域に金属をスパッタリングし て、前記金属層を形成するサブステップを包含する、請求項1に記載の方法。 12.前記金属が、チタン、コバルトおよびニッケルのうちの少なくとも1つを 含む、請求項11に記載の方法。 13.前記ステップ(b)が、前記アモルファス領域に金属を蒸着して、前記金 属層を形成するサブステップを包含する、請求項1に記載の方法。 14.前記ステップ(b)が、化学的気相成長により、前記アモルファス領域上 に前記金属層を形成するサブステップを包含する、請求項1に記載の方法。 15.前記金属層が、前記アモルファス領域が前記シリコンボディに形成される 前記所定の深さを、シリコンの金属に対する消費比で割った値よりも大きい厚さ に形成される、請求項1に記載の方法。 16.前記ステップ(c)が、前記金属層にレーザ光を照射するサブステップを 包含する、請求項1に記載の方法。 17.前記フルエンスが、0.1〜1.0ジュール/平方センチメートルの範囲 である、請求項1に記載の方法。 18.前記金属層に、ショットの連続で前記レーザ光を照射する、請求項16に 記載の方法。 19.前記ステップ(c)の実行中、前記シリコンボディが、アルゴン、ヘリウ ムおよび窒素のうちの少なくとも1つを含む周囲媒体中に配置される、請求項1 に記載の方法。 20.a)シリコン基板上に第1の絶縁体層を形成するステップと、 b)該第1の絶縁体層をパターニングして、ゲート絶縁体層を作るステップと 、 c)該ゲート絶縁体層の上にシリコン領域を形成するステップと、 d)該シリコン領域をパターニングして、該ゲート絶縁体層の上にゲートシリ コン領域を作るステップと、 e)少なくとも、該ゲートシリコン領域に隣接する該シリコン基板の領域にド ープを行い、該シリコン基板にドレインおよびソース領域を形成するステップと 、 f)該ゲートシリコン領域および該シリコン基板の上に、第2の絶縁体層を形 成するステップと、 g)該第2の絶縁体層をエッチングして、該ゲートシリコン領域の側部に接す る側壁を形成するステップと、 h)ゲート、ソースおよびドレインのうちの少なくとも1つに、少なくとも1 つのアモルファス領域を作るステップと、 i)該アモルファス領域に接する金属層を形成するステップと、 j)該金属層にレーザ光を照射して、該アモルファス領域内に金属を拡散させ 、該アモルファス領域から、ケイ化物組成物の合金領域を形成するステップと、 k)該金属層を取り除くステップと、 l)該合金領域を処理して、ケイ化物領域を形成するステップと、 を包含する、方法。 21.m)前記シリコン基板の上に、第3の絶縁体層を形成するステップと、 n)該第3の絶縁体層をパターニングして、前記ソース、ゲートおよびドレイ ン領域を選択的に露出するステップと、 o)該第3の絶縁体層上に、該ソース、ゲートおよびドレイン領域に接する導 電性リードを形成するステップと、 をさらに包含する、請求項20に記載の方法。 22.前記ステップ(h)が、イオンを注入して前記アモルファス領域を形成す るサブステップを包含する、請求項20に記載の方法。 23.前記ステップ(i)が、前記アモルファス領域に前記金属層をスパッタリ ングするステップを包含する、請求項20に記載の方法。 24.a)シリコンボディの領域をアモルファス化するステップと、 b)該アモルファス化された領域に接するように金属を配置するステップと、 c)該アモルファス化された領域を溶融するのには十分であるが該金属および 該シリコンボディを溶融するのには不十分なパワーの光を、該アモルファス化さ れた領域に照射して、金属が該アモルファス領域に拡散して、ケイ化物組成物の 合金領域を形成するステップと、 d)該シリコンボディから該金属を取り除くステップと、 e)該合金領域からケイ化物領域を形成するステップと、 を包含する、方法。 25.前記ステップ(e)が、前記合金領域の高速熱アニールを行って、前記ケ イ化物領域を作るサブステップを包含する、請求項24に記載の方法。 26.前記ステップ(a)が、前記シリコンボディにイオンを注入するサブステ ップを包含し、前記アモルファス化された領域を作る、請求項24に記載の方法 。 27.前記ステップ(b)が、前記アモルファス化された領域に前記金属をスパ ッタリングするサブステップを包含する、請求項24に記載の方法。 28.前記ステップ(b)が、前記アモルファス化された領域に前記金属を蒸着 するサブステップを包含する、請求項24に記載の方法。 29.前記ステップ(b)が、化学的気相成長を用いて、前記金属を、前記アモ ルファス化された領域に接するように形成するサブステップを包含する、請求項 24に記載の方法。 30.前記ステップ(c)が、0.1〜1.0ジュール/平方センチメートルの 範囲のフルエンスを有するレーザ光を前記金属に照射するサブステップを包含す る、請求項24に記載の方法。 31.前記ステップ(c)が、前記レーザ光をショットの連続で照射するサブス テップを包含する、請求項30に記載の方法。 32.3〜10の範囲の所定のショット数が、10〜100ナノ秒の持続時間で 前記金属に送達される、請求項31に記載の方法。
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