JP2561026B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2561026B2 JP6131731A JP13173194A JP2561026B2 JP 2561026 B2 JP2561026 B2 JP 2561026B2 JP 6131731 A JP6131731 A JP 6131731A JP 13173194 A JP13173194 A JP 13173194A JP 2561026 B2 JP2561026 B2 JP 2561026B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に拡散層の表面とゲート電極の上面とに高融点
シリサイド膜が形成されてなるサリサイド構造のソース
・ドレイン拡散層とポリサイド構造のゲート電極とを有
するMOSトランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOSトランジスタを含んでなる半導体
装置の高集積化,高性能化は、MOSトランジスタの微
細化を行なうことによって進められてきた。MOSトラ
ンジスタの微細化を行なう場合、ソース・ドレイン拡散
層の接合の深さを浅くし,ゲート電極のゲート長を短か
くすることが要求される。しかし、このようにソース・
ドレイン拡散層の接合の深さを浅くし,ゲート電極のゲ
ート長を短かくすると、ソース・ドレイン拡散層および
ゲート電極の層抵抗は、それぞれ増大する。これに対す
る解決方法として、サリサイド構造のソース・ドレイン
拡散層とポリサイド構造のゲート電極とを有するMOS
トランジスタが、提案されている。
【0003】半導体装置の製造工程の模式断面図である
図4を参照すると、上記構造のMOSトランジスタの典
型的な形成方法は、以下のようになっている。
【0004】まず、例えばP型のシリコン基板101の
表面に、素子分離用のフィールド酸化膜(図示せず)が
形成され、ゲート酸化膜102が形成される。全面に所
定膜厚のN型の多結晶シリコン膜が形成され、この多結
晶シリコン膜がパターニングされて所定のゲート長を有
するゲート電極103が形成される。全面に所定膜厚の
酸化シリコン膜104が、CVD法により形成される
〔図4(a)〕。
【0005】次に、例えばCHF3 をエッチングガスと
する反応性イオンエッチング(RIE)により上記酸化
シリコン膜104およびゲート酸化膜102がエッチバ
ックされる。これにより、ゲート電極103の側面に酸
化シリコン膜スペーサ114が残置され、(フィールド
酸化膜,ゲート電極103および酸化シリコン膜スペー
サ114に覆われていない部分の)シリコン基板101
の表面およびゲート電極103の上面が露出される。こ
れらゲート電極103および酸化シリコン膜スペーサ1
14(およびフィールド酸化膜)をマスクにしてイオン
注入が行なわれ、ソース・ドレイン拡散層となる所定の
接合の深さを有したN+ 型の拡散層106がシリコン基
板101表面に形成される。スパッタリングにより、全
面に所定膜厚のチタン(Ti)膜107が形成される
〔図4(b)〕。
【0006】次に、所定の温度の窒素雰囲気で所定の時
間の熱処理が行なわれる。この熱処理により、上記チタ
ン膜107には窒化反応およびシリサイド化反応が起
る。その結果、ゲート電極103の上面,拡散層106
表面にはそれぞれチタンシリサイド(TiSi2 )膜1
08a,108bが形成され、チタン膜107の表面に
は窒化チタン(TiN)膜125が形成され、酸化シリ
コン膜スペーサ114に接する部分に未反応のチタン膜
107aが残置する〔図4(c)〕。
【0007】次に、例えば過酸化水素(H2 2 )水に
よるウェットエッチングにより、窒化チタン膜125お
よびチタン膜107aが選択的に除去され、所望の構造
を有するMOSトランジスタが形成される〔図4
(d)〕。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
半導体装置の製造方法では、ブリッジング現象と呼ばれ
る不具合が生じ、ゲート電極と拡散層との間にリーク電
流が発生しやすくなり,さらにはゲート電極と拡散層と
の間が短絡することもある。
【0009】半導体装置の製造工程の要部を部分拡大し
た模式断面図である図5を参照すると、窒素雰囲気での
上記熱処理に際して、チタンシリサイド膜108a,1
08bがゲート電極103の上面,拡散層106表面に
形成される以外に、酸化シリコン膜スペーサ114の表
面(チタン膜との界面)の一部にもチタンシリサイド膜
108cが形成される〔図5(a)〕。これらのチタン
シリサイド膜108cの膜厚は均一ではなく、チタン膜
との界面をなす酸化シリコン膜スペーサ114の表面の
全面に形成されるとは限らない。これらのチタンシリサ
イド膜108cは、拡散層106あるいはゲート電極1
03からのシリコンの拡散により形成される。
【0010】このような形状のもとに窒化チタン膜12
5およびチタン膜107aが選択的に除去されても、酸
化シリコン膜スペーサ114の表面にはチタンシリサイ
ド膜108cが残置さる。このチタンシリサイド膜10
8cはゲート電極103と拡散層106との間のリーク
・パスとなり、その結果、この間のリーク電流は無視で
きなくなり、さらにはこの間での短絡が起りうることに
もなる〔図5(b)〕。
【0011】したがって本発明の目的は、サリサイド構
造のソース・ドレイン拡散層とポリサイド構造のゲート
電極とを有するMOSトランジスタゲートを形成するに
際して、ゲート電極とソース・ドレイン拡散層との間の
スペーサ表面に残置する高融点金属シリサイド膜を完全
に除去し、ゲート電極とソース・ドレイン拡散層との間
のリーク電流の発生を抑制し,さらにはゲート電極とソ
ース・ドレイン拡散層との間の短絡を抑止できる半導体
装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法の第1の態様は、一導電型のシリコン基板の表面
のそれぞれの所定の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶
縁膜とをそれぞれに形成し、ゲート絶縁膜の所定の領域
上に多結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する工
程と、全面に絶縁膜および第1の高融点金属の窒化物か
らなる高融点金属窒化膜を順次形成する工程と、異方性
エッチングにより上記シリコン基板の表面の所要の領域
および上記ゲート電極の上面が露出するまで上記高融点
金属窒化膜,上記絶縁膜および上記ゲート絶縁膜のエッ
チバックを行ない、上記ゲート電極の側面にこの絶縁膜
からなる第1のスペーサおよびこの高融点金属窒化膜か
らなる第2のスペーサを残置する工程と、上記シリコン
基板の表面の上記所要の領域に、逆導電型の拡散層を選
択的に形成する工程と、全面に第2の高融点金属からな
る高融点金属膜を形成する工程と、熱処理を行ない、少
なくとも上記ゲート電極の上面および上記拡散層の表面
にそれぞれ上記第2の高融点金属の珪化物からなる高融
点金属シリサイド膜を形成する工程と、上記第2のスペ
ーサおよび未反応の上記高融点金属膜を少なくとも選択
的にエッチング除去し、上記ゲート電極の上面および上
記拡散層の表面にのみに上記高融点金属シリサイド膜を
残置する工程とを有する。
【0013】好ましくは、上記第1の高融点金属がチタ
ンあるいはタングステンからなり、上記第2の高融点金
属がチタン,コバルトあるいはニッケルからなる。
【0014】本発明の半導体装置の製造方法の第2の態
様は、一導電型のシリコン基板の表面のそれぞれの所定
の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶縁膜とをそれぞれ
に形成し、ゲート絶縁膜の所定の領域上に多結晶シリコ
ン膜からなるゲート電極を形成する工程と、全面に絶縁
膜を形成し、異方性エッチングにより少なくとも上記絶
縁膜のエッチバックを行ない、上記ゲート電極の側面に
この絶縁膜からなる第1のスペーサを残置する工程と、
全面に第1の高融点金属の窒化物からなる高融点金属窒
化膜を形成し、異方性エッチングにより上記シリコン基
板の表面の所要の領域および上記ゲート電極の上面が露
出するまで少なくともこの高融点金属窒化膜のエッチバ
ックを行ない、上記を第1のスペーサ介して上記ゲート
電極の側面にこの高融点金属窒化膜からなる第2のスペ
ーサを残置する工程と、上記シリコン基板の表面の上記
所要の領域に、逆導電型の拡散層を選択的に形成する工
程と、全面に第2の高融点金属からなる高融点金属膜を
形成する工程と、熱処理を行ない、少なくとも上記ゲー
ト電極の上面および上記拡散層の表面にそれぞれ上記第
2の高融点金属の珪化物からなる高融点金属シリサイド
膜を形成する工程と、上記第2のスペーサおよび未反応
の上記高融点金属膜を少なくとも選択的にエッチング除
去し、上記ゲート電極の上面および上記拡散層の表面に
のみに上記高融点金属シリサイド膜を残置する工程とを
有する。
【0015】好ましくは、上記第2のスペーサが上記拡
散層より後に形成され、さらに、上記第1のスペーサの
形成に際してのエッチバックが上記絶縁膜のみのエッチ
バックであり、上記拡散層を形成した後にこれらの拡散
層上の上記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程を有す
る。さらに好ましくは、上記第1の高融点金属がチタン
あるいはタングステンからなり、上記第2の高融点金属
がチタン,コバルトあるいはニッケルからなる。
【0016】本発明の半導体装置の製造方法の第3の態
様は、一導電型のシリコン基板の表面のそれぞれの所定
の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶縁膜とをそれぞれ
に形成し、ゲート絶縁膜の所定の領域上に多結晶シリコ
ン膜からなるゲート電極を形成する工程と、全面に絶縁
膜を形成し、異方性エッチングにより少なくとも上記絶
縁膜のエッチバックを行ない、上記ゲート電極の側面に
この絶縁膜からなる第1のスペーサを残置する工程と、
全面に高融点金属窒化膜を形成し、異方性エッチングに
より上記シリコン基板の表面の所要の領域および上記ゲ
ート電極の上面が露出するまで少なくともこの高融点金
属窒化膜のエッチバックを行ない、上記を第1のスペー
サ介して上記ゲート電極の側面にこの高融点金属窒化膜
からなる第2のスペーサを残置する工程と、上記シリコ
ン基板の表面の上記所要の領域に、逆導電型の拡散層を
選択的に形成する工程と、化学量論の組成比より高い比
率のチタンを含有する所定膜厚の窒化チタン膜を全面に
形成する工程と、熱処理を行ない、少なくとも上記ゲー
ト電極の上面および上記拡散層の表面にそれぞれチタン
シリサイド膜を形成し、上記窒化チタン膜をチタンの組
成比が化学量論の組成比となる第2の窒化チタン膜に変
換する工程と、上記第2の窒化チタン膜および上記第2
のスペーサを少なくとも選択的にエッチング除去し、上
記ゲート電極の上面および上記拡散層の表面にのみに上
記チタンシリサイド膜を残置する工程とを有する。
【0017】好ましくは、上記熱処理が所定温度での第
1の熱処理とこの所定温度より高い温度での窒素雰囲気
中での第2の熱処理とからなり、上記第2のスペーサが
上記拡散層より後に形成され、さらに、上記第1のスペ
ーサの形成に際してのエッチバックが上記絶縁膜のみの
エッチバックであり、上記拡散層を形成した後にこれら
の拡散層上の上記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程
を有する。さらに好ましくは、上記高融点金属がチタン
あるいはタングステンからなる。
【0018】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0019】半導体装置の製造工程の模式断面図である
図1を参照すると、本発明の第1の実施例は、以下のよ
うになっている。
【0020】まず、例えばP型のシリコン基板1の表面
に、素子分離用のフィールド酸化膜(図示せず)が形成
され、例えば膜厚7nm程度のゲート酸化膜2が形成さ
れる。例えば膜厚150nm程度のN型の多結晶シリコ
ン膜が全面に形成され、この多結晶シリコン膜がパター
ニングされて例えば0.25μm程度のゲート長を有す
るゲート電極3が形成される。例えば膜厚70nm程度
の酸化シリコン膜4aが、CVD法により全面に形成さ
れる。反応性スパッタリングにより、第1に高融点金属
であるチタンの窒化物である例えば膜厚10nm程度の
窒化チタン(TiN)膜5aが、全面に形成される〔図
1(a)〕。この反応性スパッタリングは、例えば圧力
0.8Pa,窒素(N2 )ガス流量20sccm,ター
ゲット電圧5kV,基板温度100℃の条件のもとで行
なわれる。この窒化チタン膜5aのチタンと窒素との組
成比はほぼ化学量論の組成比となっている。
【0021】なお、ゲート電極3を構成するN型の多結
晶シリコン膜の表面には、(この多結晶シリコン膜の熱
酸化による)マスク酸化膜を設けておいてもよい。また
必要に応じて、ゲート電極3を形成した後、このゲート
電極(およびフィールド酸化膜)をマスクにして、シリ
コン基板1の表面にN- 型の拡散層が形成されることも
ある。
【0022】次に、例えばCHF3 をエッチングガスと
したRIEにより、上記窒化チタン膜5a,酸化シリコ
ン膜4aおよびゲート酸化膜2がエッチバックされ、ゲ
ート電極の側面に第1のスペーサである酸化シリコン膜
スペーサ14aと第2のスペーサである窒化チタン膜ス
ペーサ15aとが残置される。ゲート電極3に直接に接
するのと逆の側の酸化シリコン膜スペーサ14aの表面
は、この酸化シリコン膜スペーサ14aの上端部付近を
除いて、窒化チタン膜スペーサ15aにより覆われてい
る。(フィールド酸化膜,)ゲート電極3,酸化シリコ
ン膜スペーサ14aおよび窒化チタン膜スペーサ15a
をマスクにしたN型の不純物のイオン注入とこの不純物
を活性化するための熱処理とにより、シリコン基板1の
表面には(ソース・ドレイン拡散層である)N+ 型の拡
散層6が形成される。これら拡散層6の接合の深さは、
例えば0.1μm程度である。スパッタリングにより、
(第2の高融点金属であるチタンからなる)例えば膜厚
30nm程度のチタン膜7aが、全面に形成される〔図
1(b)〕。
【0023】次に、600〜800℃で10〜30秒の
ランプアニールが窒素雰囲気で行なわれる。この熱処理
により、ゲート電極3の上面(のシリコン)に直接に接
触していた部分のチタン膜7aと拡散層6の表面に直接
に接触していた部分のチタン膜7aとはそれぞれシリサ
イド化反応を起し、それぞれの界面にはチタンシリサイ
ド膜8aaとチタンシリサイド膜8abとが形成され
る。同時に、チタン膜7aの表面では窒化反応が起り、
この表面に窒化チタン(TiN)膜25aが形成され
る。チタンシリサイド膜8aa,8abの結晶構造は上
記熱処理の温度に依存し、チタンシリサイド膜8aa,
8abの膜厚と窒化チタン膜25aの膜厚との比はこの
熱処理条件に依存する。(またこの熱処理条件に依存す
るが)窒化チタン膜スペーサ15a(および酸化シリコ
ン膜スペーサ14a)と窒化チタン膜25aとの間に
は、未反応のチタン膜7aaが残置される〔図1
(c)〕。なお図示はしてないが、従来の製造方法と同
様に、窒化チタン膜スペーサ15a(および酸化シリコ
ン膜スペーサ14a)の(チタン膜7aa側の)表面に
も、チタンシリサイド膜が形成される。このチタンシリ
サイド膜の膜厚は均一ではなく、窒化チタン膜スペーサ
15a等の表面の全面に形成されるとは限らない。
【0024】次に、例えば過酸化水素(H2 2 )水に
よるウェットエッチングにより、窒化チタン膜25a,
チタン膜7aaおよび窒化チタン膜スペーサ15aが除
去される。このとき、窒化チタン膜スペーサ15aの表
面に形成された上記チタンシリサイド膜も、(酸化シリ
コン膜スペーサ14aの上端部付近を除いて)この窒化
チタン膜スペーサ15aの除去に伴なって完全に除去さ
れる。すなわち、この部分のチタンシリサイド膜は、窒
化チタン膜スペーサ15aのエッチング除去によって、
リフトオフされることになる。なお、酸化シリコン膜ス
ペーサ14aの上端部付近の上記チタンシリサイド膜
(図示せず)は、チタンシリサイド膜8aaに接続する
姿態を有して、残置される。これにより、本実施例によ
るサリサイド構造のソース・ドレイン拡散層とポリサイ
ド構造のゲート電極とを有するMOSトランジスタが、
形成される〔図1(d)〕。
【0025】上記第1の実施例では、ゲート電極3の側
面に予じめ(絶縁膜からなる第1のスペーサである)酸
化シリコン膜スペーサ14aと(第1の高融点金属の窒
化物からなる第2のスペーサである)窒化チタン膜スペ
ーサ15aを形成しておき、ゲート電極3の上面および
拡散層6の表面に(第2の高融点金属の珪化物である)
チタンシリサイド膜8aa,8abを形成した後、窒化
チタン膜25aおよび未反応のチタン膜7aaの選択除
去に伴なう窒化チタン膜スペーサ15aの除去の際に窒
化チタン膜スペーサ15aの表面に形成された(好まし
くない)チタンシリサイド膜も除去される。すなわち、
ゲート電極3(およびチタンシリサイド膜8aa)とソ
ース・ドレイン拡散層であるN+ 型の拡散層6(チタン
シリサイド膜8ab)との間にはリーク・パスとなるチ
タンシリサイド膜が存在しないことになる。このため、
この間のリーク電流は極度に低減され、この間の短絡は
ほぼ完全に抑止される。
【0026】なお、上記第1の実施例では、Nチャネル
型のMOSトランジスタに関する製造方法であったが、
これに限定されるものではない。また、第1のスペーサ
は酸化シリコン膜から形成されているが、窒化シリコン
膜から形成されていてもよい。また、ゲート絶縁膜が酸
化シリコン膜から形成されていたが、これに限定される
ものではない。さらに、第2の高融点金属であるチタン
膜7aをシリサイド化反応させるための熱処理が窒素雰
囲気で行なわれたが、この熱処理はヘリウムあるいはア
ルゴン雰囲気で行なってもよい。このときには、窒化チ
タン膜25aは形成されず、チタンシリサイド膜8a
a,8bbの表面にも未反応のチタン膜が残置されるこ
ともある。
【0027】上記第1の実施例において、絶縁膜からな
る第1のスペーサである酸化シリコン膜スペーサ14a
を覆う第2のスペーサが窒化チタン膜スペーサ15aか
ら形成されていた。第2のスペーサとしてこの窒化チタ
ン膜スペーサ15aを選択した理由の1つは、上述の未
反応の(第2の高融点金属からなる)チタン膜7aaを
選択的に除去し,(第2の高融点金属の珪化物である)
チタンシリサイド膜8aa,8bbを残置させるための
エッチングに際して、この(第2のスペーサである)窒
化チタン膜スペーサ15aも除去されることにある。別
の理由は、N+型の拡散層6を形成するための活性化熱
処理およびチタンシリサイド膜8aa,8bbを形成す
るために行なうシリサイド化のための熱処理において、
耐熱性が有ることと、第2のスペーサが(第1のスペー
サである)酸化シリコン膜スペーサ14aと反応しない
こととにある。これらのことを勘案すると、第2のスペ
ーサとしては窒化チタンの他に窒化タングステン(W
N)(この場合、第1の高融点金属はタングステンとな
る)を用いることも可能である。第1の高融点金属がタ
ングステン,第2の高融点金属がチタンであるとき、未
反応のチタン膜を除去するには、過酸化水素(H
2 2 )とアンモニア(NH4 OH)との混合水溶液を
用いたウェットエッチングが適している。
【0028】また、上記第1の実施例において、第2の
高融点金属としてチタンを選択した理由は、チタンシリ
サイド膜8aa,8bbの層抵抗が低いことと、チタン
シリサイド膜8aa,8bbを残置してチタン膜7aa
を選択的にエッチング除去することが容易であることと
にある。これらのことから、第2の高融点金属として
は、チタンの他にコバルトあるいはニッケルを用いるこ
ともできる。第2の高融点金属がコバルトあるいはニッ
ケルの場合、第1の高融点金属がチタンあるいはタング
ステンのいずれであっても、未反応の第2の高融点金属
膜を除去するには、過酸化水素(H2 2 )と硫酸(H
2 SO4 )の混合水溶液を用いたウェットエッチングが
適している。
【0029】半導体装置の製造工程の模式断面図である
図2を参照すると、本発明の第2の実施例は、以下のよ
うになっている。
【0030】まず、上記第1の実施例と同様に、P型の
シリコン基板1の表面にフィールド酸化膜(図示せ
ず),ゲート酸化膜2が形成され、N型の多結晶シリコ
ン膜からなるゲート電極3が形成される。さらに、例え
ば膜厚70nm程度の酸化シリコン膜がCVD法により
全面に形成され、この酸化シリコン膜が例えばCHF3
をエッチングガスとしたRIEによりエッチバックさ
れ、ゲート電極3の側面に第1のスペーサである酸化シ
リコン膜スペーサ14bが残置される。(フィールド酸
化膜,)ゲート電極3および酸化シリコン膜スペーサ1
4bをマスクにしたN型の不純物のイオン注入とこの不
純物を活性化するための熱処理とにより、シリコン基板
1の表面にはN+ 型の拡散層6が形成される。上記第1
の実施例と同様の反応性スパッタリングにより、第1に
高融点金属であるチタンの窒化物である例えば膜厚10
nm程度の窒化チタン膜5bが、全面に形成される〔図
2(a)〕。
【0031】次に、例えばCHF3 をエッチングガスと
したRIEにより、上記窒化チタン膜5bがエッチバッ
クされ、酸化シリコン膜スペーサ14bの露出されてい
た表面を覆う姿態を有して、第2のスペーサである窒化
チタン膜スペーサ15bが残置される〔図2(b)〕。
なお、上記第1の実施例と同様に、この窒化チタン膜ス
ペーサ15bを形成した後にN+ 型の拡散層6を形成す
ることもできる。
【0032】次に、上記第1の実施例と同様のスパッタ
リングにより、(第2の高融点金属であるチタンからな
る)例えば膜厚30nm程度のチタン膜7bが、全面に
形成される〔図2(c)〕。
【0033】次に、上記第1の実施例と同様に、600
〜800℃で10〜30秒のランプアニールが窒素雰囲
気で行なわれる。この熱処理により、ゲート電極3の上
面に直接に接触していた部分のチタン膜7bと拡散層6
の表面に直接に接触していた部分のチタン膜7bとはそ
れぞれシリサイド化反応を起し、それぞれの界面にはチ
タンシリサイド膜8baとチタンシリサイド膜8bbと
が形成される。同時に、チタン膜7bの表面では窒化反
応が起り、この表面に窒化チタン膜25bが形成され
る。(またこの熱処理条件に依存するが)窒化チタン膜
スペーサ15bと窒化チタン膜25bとの間には、未反
応のチタン膜7baが残置される。なお図示はしてない
が本実施例においても、窒化チタン膜スペーサ15bの
(チタン膜7ba側の)表面にも、チタンシリサイド膜
が形成される。このチタンシリサイド膜の膜厚は均一で
はなく、窒化チタン膜スペーサ15b等の表面の全面に
形成されるとは限らない〔図2(d)〕。
【0034】次に、上記第1の実施例と同様に、過酸化
水素(H2 2 )水によるウェットエッチングが行なわ
れ、窒化チタン膜25b,チタン膜7baおよび窒化チ
タン膜スペーサ15bが除去される。このとき、窒化チ
タン膜スペーサ15bの表面に形成された上記チタンシ
リサイド膜も、(酸化シリコン膜スペーサ14bの上端
部近傍を除いて)この窒化チタン膜スペーサ15bの除
去に伴なって完全に除去される。すなわち、この部分の
チタンシリサイド膜は、窒化チタン膜スペーサ15bの
エッチング除去によって、リフトオフされることにな
る。なお、酸化シリコン膜スペーサ14bの上端部付近
の上記チタンシリサイド膜(図示せず)は、チタンシリ
サイド膜8baに接続する姿態を有して、残置される。
これにより、本実施例によるサリサイド構造のソース・
ドレイン拡散層とポリサイド構造のゲート電極とを有す
るMOSトランジスタが、形成される〔図2(e)〕。
【0035】上記第2の実施例は、上記第1の実施例と
同様に、ゲート電極とソース・ドレイン拡散層との間の
リーク電流の抑制,および短絡の抑止が容易になる。
【0036】CMOSトランジスタを含んでなる半導体
装置の形成に対しては、本実施例の方が上記第1の実施
例より適している。本実施例では、第2のスペーサを形
成するまえに拡散層を形成することが可能であることか
ら、N+ 型およびP+ 型のソース・ドレイン拡散層の形
成のためにイオン注入のマスクとして用いたフォトレジ
スト膜をそれぞれ除去した後、この段階では窒化チタン
膜スペーサが形成されていないために、表面を洗浄する
ことが容易になる。また、本実施例において、ゲート電
極を形成するためのN型の多結晶シリコン膜の表面にマ
スク酸化膜を形成しておき、ゲート電極の形成の際にこ
のマスク酸化膜を残置しておき、窒化シリコン膜からな
る第1のスペーサを例えばSF6 をエッチングガスとし
たエッチバックにより形成するならば、ゲート酸化膜お
よびマスク酸化膜を残置させた状態で、ソース・ドレイ
ン拡散層が形成できる。この場合、ソース・ドレイン拡
散層が形成されるシリコン基板表面に上記フォトレジス
ト膜が直接に触れないため、得られたソース・ドレイン
拡散層の重金属汚染が避けられる。
【0037】なお、上記第2の実施例においても、上記
第1の実施例と同様に、ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜
に限定されるものではなく、第2の高融点金属のシリサ
イド化反応のための熱処理をヘリウムあるいはアルゴン
雰囲気で行なってもよい。また、第1の高融点金属がタ
ングステンでもよく、第2の高融点金属がコバルトある
いはニッケルでもよい。
【0038】半導体装置の製造工程の模式断面図である
図3を参照すると、本発明の第3の実施例は、まず、酸
化シリコン膜スペーサ14b,ソース・ドレイン拡散層
であるN+ 型の拡散層6および窒化チタン膜スペーサ1
5bの形成までは上記第2の実施例と同様の方法により
行なわれる〔図3(a)〕。なお、上記第1の実施例と
同様に、この窒化チタン膜スペーサ15bを形成した後
にN+ 型の拡散層6を形成することもできる。
【0039】次に、反応性スパッタリングにより、例え
ば膜厚30nm程度のチタン・リッチな窒化チタン(T
1+α 1-β )膜35(但し、0〈α,β〈1)
が、全面に形成される〔図3(b)〕。この反応性スパ
ッタリングは、上記窒化チタン膜スペーサ15bのもと
となる窒化チタン膜の形成に比べて、窒素ガスの流量比
が低くなっている。例えばα,βをそれぞれ0.4程度
にする場合、このチタン・リッチな窒化チタン35を形
成するための反応性スパッタリングは、圧力0.8P
a,窒素ガス流量5sccm,アルゴンガス流量10s
ccm,ターゲット電圧5kV,基板温度100℃の条
件のもとで行なわれる。
【0040】次に、例えば600〜800℃で10〜3
0秒のランプアニールが、窒素雰囲気で行なわれる。こ
の熱処理によりチタン・リッチな窒化チタン膜35から
チタンの析出が起り、ゲート電極3の上面と拡散層6の
表面とではこの析出したチタンとシリコンとのシリサイ
ド化反応が起り、チタンシリサイド膜28aとチタンシ
リサイド膜28bとがそれぞれに形成される。また、上
記窒化チタン膜35は、チタンと窒素との組成比がほぼ
化学量論の組成比となる窒化チタン(TiN)膜45に
変換される。さらにシリサイド化反応を起さなかった上
記析出チタンも窒化され、チタンが残置することはない
〔図3(c)〕。本実施例においても、窒化シリコン膜
スペーサ15b表面には不均一な姿態を有したチタンシ
リサイド膜(図示せず)が形成される。
【0041】なお、この熱処理を2段階に分けて行なっ
てもよい。例えば、700℃,20秒の第1段階の熱処
理を窒素雰囲気,ヘリウム雰囲気もしくはアルゴン雰囲
気で行ない、840℃,10秒の第2段階の熱処理を窒
素雰囲気で行なってもよい。この場合、第1の熱処理に
より形成されるチタンシリサイド膜の結晶構造はC49
となり、このチタンシリサイド膜は第2の熱処理により
結晶構造がC54になる。また第1の熱処理では(窒素
雰囲気での熱処理でも)シリサイド化反応が主になる
が、第2の熱処理では析出したチタンの窒化が急速に起
る。
【0042】次に、希弗酸,バッファード弗酸等の弗酸
系水溶液あるいは過酸化水素水によるウェットエッチン
グにより、窒化チタン膜45および窒化チタン膜スペー
サ15bが選択的に除去され、チタンシリサイド膜28
a,28bが残置される。このエッチングにおいても、
上記第1,第2の実施例と同様に、窒化シリコン膜スペ
ーサ15b表面に不均一な姿態を有して形成された上記
チタンシリサイド膜は、窒化シリコン膜スペーサ15b
によりリフトオフされる。これにより、本実施例による
サリサイド構造のソース・ドレイン拡散層とポリサイド
構造のゲート電極とを有するMOSトランジスタが、形
成される〔図(d)〕。
【0043】上記第3の実施例は、上記第1,第2の実
施例と同様に、ゲート電極とソース・ドレイン拡散層と
の間のリーク電流の抑制,およびこの間の短絡の抑止が
容易になる。CMOSトランジスタを含んでなる半導体
装置の形成に対しては、上記第2の実施例と同様に、本
実施例の方が上記第1の実施例より適している。上記第
2の実施例と同様に、ゲート電極を形成するためのN型
の多結晶シリコン膜の表面にマスク酸化膜を形成してお
き、ゲート電極の形成の際にこのマスク酸化膜を残置し
ておき、窒化シリコン膜からなる第1のスペーサを例え
ばSF6 をエッチングガスとしたエッチバックにより形
成するならば、ゲート酸化膜およびマスク酸化膜を残置
させた状態でソース・ドレイン拡散層を形成できる。
【0044】なお、上記第3の実施例においても、上記
第1,第2の実施例と同様に、ゲート絶縁膜が酸化シリ
コン膜に限定されるものではなく、第2のスペーサが窒
化タングステン膜から形成されていてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、拡散層の表面とゲート電極の上面とに高
融点シリサイド膜が形成されてなるサリサイド構造のソ
ース・ドレイン拡散層とポリサイド構造のゲート電極と
を有するMOSトランジスタの形成において、ゲート電
極を形成し、絶縁膜からなる第1のスペーサと第1の高
融点金属の窒化物からなる第2のスペーサとをゲート電
極の側面に形成し、第2のスペーサの形成に前後してソ
ース・ドレイン拡散層を形成し、全面に第2の高融点金
属からなる高融点金属膜もしくはチタン・リッチな窒化
チタン膜を形成し、熱処理を行なうことによりゲート電
極およびソース・ドレイン拡散層の表面に第2の高融点
金属の珪化物からなる高融点金属シリサイド膜もしくは
チタンシリサイド膜を形成し、第2の高融点金属からな
る未反応の高融点金属膜もしくは化学量論の組成比を満
たす窒化チタン膜と第2のスペーサとを選択的に除去し
て第2の高融点金属の珪化物からなる高融点金属シリサ
イド膜もしくはチタンシリサイド膜を残置させている。
このため、第2のスペーサを介して第1のスペーサの表
面に形成されていた第2の高融点金属の珪化物からなる
高融点金属シリサイド膜もしくは同所に形成されていた
チタンシリサイド膜も除去される。その結果、本発明に
よれば、ゲート電極とソース・ドレイン拡散層との間の
リーク・パスが完全に除去されるため、ゲート電極とソ
ース・ドレイン拡散層との間のリーク電流の発生を抑制
し,さらにはゲート電極とソース・ドレイン拡散層との
間の短絡を抑止することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の製造工程の模式断面図
である。
【図2】本発明の第2の実施例の製造工程の模式断面図
である。
【図3】本発明の第3の実施例の製造工程の模式断面図
である、
【図4】従来の半導体装置の製造方法の製造工程と模式
断面図である。
【図5】上記従来の半導体装置の製造方法の問題点を説
明するための図であり、製造工程の要部を部分拡大した
模式断面図である。
【符号の説明】
1,101 シリコン基板 2,102 ゲート酸化膜 3,103 ゲート電極 4a,104 酸化シリコン膜 5a,5b,25a,25b,35,45,125
窒化チタン膜 6,106 拡散層 7a,7aa,7b,7bb,107,107a チ
タン膜 8aa,8ab,8ba,8bb,28a,28b,1
08a,108b,108c チタンシリサド膜 14a,14b,114 酸化シリコン膜スペーサ 15a,15b 窒化チタン膜スペーサ

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型のシリコン基板の表面のそれぞ
    れの所定の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶縁膜とを
    それぞれに形成し、該ゲート絶縁膜の所定の領域上に多
    結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する工程と、 全面に絶縁膜および第1の高融点金属の窒化物からなる
    高融点金属窒化膜を順次形成する工程と、 異方性エッチングにより前記シリコン基板の表面の所要
    の領域および前記ゲート電極の上面が露出するまで前記
    高融点金属窒化膜,前記絶縁膜および前記ゲート絶縁膜
    のエッチバックを行ない、前記ゲート電極の側面に該絶
    縁膜からなる第1のスペーサおよび該高融点金属窒化膜
    からなる第2のスペーサを残置する工程と、 前記シリコン基板の表面の前記所要の領域に、逆導電型
    の拡散層を選択的に形成する工程と、 全面に第2の高融点金属からなる高融点金属膜を形成す
    る工程と、 熱処理を行ない、少なくとも前記ゲート電極の上面およ
    び前記拡散層の表面にそれぞれ前記第2の高融点金属の
    珪化物からなる高融点金属シリサイド膜を形成する工程
    と、 前記第2のスペーサおよび未反応の前記高融点金属膜を
    少なくとも選択的にエッチング除去し、前記ゲート電極
    の上面および前記拡散層の表面にのみに前記高融点金属
    シリサイド膜を残置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. 【請求項2】 前記第1の高融点金属がチタンあるいは
    タングステンからなり、前記第2の高融点金属がチタ
    ン,コバルトあるいはニッケルからなることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 一導電型のシリコン基板の表面のそれぞ
    れの所定の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶縁膜とを
    それぞれに形成し、該ゲート絶縁膜の所定の領域上に多
    結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する工程と、 全面に絶縁膜を形成し、異方性エッチングにより少なく
    とも前記絶縁膜のエッチバックを行ない、前記ゲート電
    極の側面に該絶縁膜からなる第1のスペーサを残置する
    工程と、 全面に第1の高融点金属の窒化物からなる高融点金属窒
    化膜を形成し、異方性エッチングにより前記シリコン基
    板の表面の所要の領域および前記ゲート電極の上面が露
    出するまで少なくとも該高融点金属窒化膜のエッチバッ
    クを行ない、前記を第1のスペーサ介して前記ゲート電
    極の側面に該高融点金属窒化膜からなる第2のスペーサ
    を残置する工程と、 前記シリコン基板の表面の前記所要の領域に、逆導電型
    の拡散層を選択的に形成する工程と、 全面に第2の高融点金属からなる高融点金属膜を形成す
    る工程と、 熱処理を行ない、少なくとも前記ゲート電極の上面およ
    び前記拡散層の表面にそれぞれ前記第2の高融点金属の
    珪化物からなる高融点金属シリサイド膜を形成する工程
    と、 前記第2のスペーサおよび未反応の前記高融点金属膜を
    少なくとも選択的にエッチング除去し、前記ゲート電極
    の上面および前記拡散層の表面にのみに前記高融点金属
    シリサイド膜を残置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。
  4. 【請求項4】 前記第2のスペーサが、前記拡散層より
    後に形成されることを特徴とする請求項3記載の半導体
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第1のスペーサの形成に際してのエ
    ッチバックが、前記絶縁膜のみのエッチバックであるこ
    とと、 前記拡散層を形成した後、該拡散層上の前記ゲート絶縁
    膜を選択的に除去する工程を有することとを併せて特徴
    とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の高融点金属がチタンあるいは
    タングステンからなり、前記第2の高融点金属がチタ
    ン,コバルトあるいはニッケルからなることを特徴とす
    る請求項3,請求項4もしくは請求項5記載の半導体装
    置の製造方法。
  7. 【請求項7】 一導電型のシリコン基板の表面のそれぞ
    れの所定の領域にフィールド絶縁膜とゲート絶縁膜とを
    それぞれに形成し、該ゲート絶縁膜の所定の領域上に多
    結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する工程と、 全面に絶縁膜を形成し、異方性エッチングにより少なく
    とも前記絶縁膜のエッチバックを行ない、前記ゲート電
    極の側面に該絶縁膜からなる第1のスペーサを残置する
    工程と、 全面に高融点金属窒化膜を形成し、異方性エッチングに
    より前記シリコン基板の表面の所要の領域および前記ゲ
    ート電極の上面が露出するまで少なくとも該高融点金属
    窒化膜のエッチバックを行ない、前記を第1のスペーサ
    介して前記ゲート電極の側面に該高融点金属窒化膜から
    なる第2のスペーサを残置する工程と、 前記シリコン基板の表面の前記所要の領域に、逆導電型
    の拡散層を選択的に形成する工程と、 化学量論の組成比より高い比率のチタンを含有する所定
    膜厚の窒化チタン膜を全面に形成する工程と、 熱処理を行ない、少なくとも前記ゲート電極の上面およ
    び前記拡散層の表面にそれぞれチタンシリサイド膜を形
    成し、前記窒化チタン膜をチタンの組成比が化学量論の
    組成比となる第2の窒化チタン膜に変換する工程と、 前記第2の窒化チタン膜および前記第2のスペーサを少
    なくとも選択的にエッチング除去し、前記ゲート電極の
    上面および前記拡散層の表面にのみに前記チタンシリサ
    イド膜を残置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。
  8. 【請求項8】 前記熱処理が、所定温度での第1の熱処
    理と、該所定温度より高い温度での窒素雰囲気中での第
    2の熱処理とからなることを特徴とする請求項7記載の
    半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第2のスペーサが、前記拡散層より
    後に形成されることを特徴とする請求項7もしくは請求
    項8記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第1のスペーサの形成に際しての
    エッチバックが、前記絶縁膜のみのエッチバックである
    ことと、 前記拡散層を形成した後、該拡散層上の前記ゲート絶縁
    膜を選択的に除去する工程を有することとを併せて特徴
    とする請求項7もしくは請求項8記載の半導体装置の製
    造方法。
  11. 【請求項11】 前記高融点金属がチタンあるいはタン
    グステンからなることを特徴とする請求項7,請求項
    8,請求項9もしくは請求項10記載の半導体装置の製
    造方法。
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